Stappen in de ontwikkeling van een project

Transcriptie

1 WINDENERGIE Lessenreeks Oostende Luc Dewilde, Stappen in de ontwikkeling van een project Analyse grondgebied Windtechnisch Ruimtelijk Quick scan van de locatie bewoning, luchtvaart, natuur, spoorwegen, bestemmingsplannen etc. Technisch, netaansluiting, toegangswegen, bodem etc. Contact grondeigenaren Pre feasibility study Windaanbodberekening Inschatting kosten 1

2 Stappen /. Feasibility Selectie van fabrikanten Milieu impact study (MER, Milieunota) Bodem, lucht, geluid, slagschaduw, visuele aspecten animatie, zichtbaarheidsonderzoek, risico analyse, natuur algemeen, vogels Windmetingen of gedetailleerde berekeningen Keuze van de turbine in functie van de site en economische parameters Bouwvergunningsdossier (functie van het gebied) Milieuvergunningsdossier Stappen /... Aanvraag netaansluiting+ stroomcontracten PPA Economische analyse Onderhandeling met fabrikant Bestelling Bouw Oplevering Exploitatie 2

3 Overzicht 1 Nederland Duitsland België Residentiële zones m 750m m Recreatiegebieden m 500m eventueel toegelaten Landbouwgebieden In balansgebieden prioritaire gebieden niet (behalve RUP) Solitaire woningen niet vastgelegd 300m m Straalpaden 100m 100m niet gedefiniëerd Bossen kan maar niet in ecologische hoofdstructuur,minister 200m niet gedefiniëerd maar over het algemeen is een bos een natuurgebied Overzicht 2 Bossen kan maar niet in ecologische hoofdstructuur,minister 200m niet gedefiniëerd maar over het algemeen is een bos een natuurgebied Nationale wegen afhankelijk van het risico. Zie rijkswaterstaat, NS rail. Turbinehoogte met een minimum van 50m Niet gedefinieerd Luchthavens 500m exclusiezone rond luchthaven advies RLW + Mil 1 Hoogspanningsleidin gen Turbinehoogte 50 m minimum afstand Spoorwegen op basis van risicoanalyse opgesteld door NS rail Totale hoogte wieken niet boven de spoorweg Exclusiezone voor natuurgebieden 200 tot 500m afhankelijk van situatie, soms met compensatie m 3

4 Regionale windkaart vb Henegouwen Energetische optimalisatie 4

5 Ruimtelijke kaart: vb Windplan Luchtvaartkaart 5

6 Impactstudie: Geluid De formule voor de db(a) schaal is:, met I de geluidsintensiteit van de geluidsbron in [W/m²]. Voorbeeld: een geluidsniveau van db(a) komt overeen met een geluidsintensiteit van 10-2 W/m². Een verdubbeling van deze geluidsintensiteit tot W/m² komt overeen met een geluidsniveau van db(a). Tabel 1 Samengesteld geluidsniveau uit twee verschillende geluidsbronnen db(a) db(a) Geluid van een windturbine De geluidsemissie van windturbines heeft twee oorzaken: een mechanische oorsprong, Mechanische geluid ontstaat door de beweging van metalen onderdelen over en tegen elkaar. Dit lawaai is vooral afkomstig van de tandwielkast (transmissie), de lagers en van de generator van de windturbine. een aerodynamische oorsprong. Indien het oppervlak van de wiek zeer glad is (wat trouwens vereist voor aerodynamische redenen), dan zal dit oppervlak een beperkte hoeveelheid geluid genereren. Het grootste deel van het aerodynamische geluid van de wieken van de windturbine is echter afkomstig van de achterzijde van de wiek (de trailing edge). Beschadiging=Tonaliteit!! 6

7 Bronvermogen: enkele voorbeelden Van bron naar waarneming 7

8 Voorbeeld Bronvermogen van een windturbine 8

9 Hoe wordt het bronvermogen bepaald Metingen via gestandaardiseerde IEC procedure Omrekening naar sound power level Bronsterkte naar geluidsdruk Deze ISO norm is sterk gelijkend aan de Duitse VDI norm. De basisvergelijking van de ISO norm voor de bepaling van de windafwaarts geluid is: Lp(downwind) = Lw point + D c - A Met: Lw point: bronlawaai van de windturbine [db(a)] D c : ruimte reflectie waarde (+/- 3.0 db(a)) A is geluid t.g.v. verschillende effecten. A is gedefinieerd als: A = A div + A atm + A ground + A bar + A misc A div: geometrische divergentie (= 10 log (4πr 2 )), met r de afstand tussen de geluidsbron en de waarnemer. De waarnemer bevindt zich op 5 m boven het maaiveld. A atm: atmosferische absorptie = αr, met r de afstand tussen de geluidsbron en de waarnemer, α is een constante en bedraagt db(a)/m. De atmosferische absorptie is sterk afhankelijk van de afstand tot de geluidsbron, de relatieve vochtigheid en de luchttemperatuur en in mindere mate van de luchtdruk. A ground: bodem en geometrische demping (grondeffect) = Max[(0, 4.8-(h q- h a )/r(17+300/r)], met h q = ashoogte, h a =berekeningshoogte (5 m), r de afstand tussen geluidsbron en waarnemer A bar: reflectie t.g.v. obstakels A misc: reflectie of absorptie door diverse effecten (wordt hier gelijk aan 0 gesteld) Het bekomen geluidsniveau kan verbeterd worden met een meteorologische coëfficient die rekening houdt met de invloed van de weersomstandigheden. 9

10 Richtwaarden Tabel 1 Richtwaarden voor omgevingsgeluid in open lucht (enkele voorbeelden) Gebied Overdag (7-19 u) Avond (19-22 u) Nacht (22-7 u) Landelijk gebied en gebieden voor verblijfsrecreatie 40 db(a) 35 db(a) 30 db(a) Woongebieden en landelijke gebieden op minder dan 500 m 50 db(a) 45 db(a) 45 db(a) van industriegebieden Industriegebieden 60 db(a) 55 db(a) 55 db(a) Geluidscontouren ISO standard Noise Certificate according to IEC 10

11 Superpositie Toelaatbare geluidsdruk in functie van windsnelheid LAeq/L95 [dba] LAeq (w indturbine) Lref NCW w indsnelheid op 10 m hoogte [m/s] 11

12 Maatregelen om de geluidsdruk te verminderen Gebruik van isolerende materialen in de gondel Reductie van het toerental Instelling van de bladhoek Speciale uitvoering van de tandprofielen bij de tandwielkast. Aandacht voor invertoren/hulpmotoren ed. Voorbeeld : Zeebrugge 12

13 13

14 Schaduw en reflectie Slagschaduw Bij het ontwerp van het windpark, de inplanting van de windturbines, dient met de mogelijke hinder t.g.v. slagschaduw rekening gehouden te worden De oppervlakte van de schaduwprojectie van de rotor zal het grootste zijn kort na zonsopgang en kort voor zonsondergang, wanneer de zon het laagste staat boven de horizon. Evenzeer zal de schaduwprojectie van de windturbine het verst reiken in de winter wanneer de zon het laagst staat t.o.v. de horizon. Elke positie op aarde wordt gekarakteriseerd door een unieke zone van slagschaduw veroorzaakt door de windturbine. Dicht bij de evenaar, lijkt deze zone op de vorm van een vlinder. Dicht tegen de polen verandert deze vorm meer naar een cirkel. 14

15 Slagschaduw, worst case Theoretische voorspelling kan gemaakt worden van de waarschijnlijkheid dat slagschaduw op een bepaalde positie zal optreden, wanneer dit zich voordoet en hoelang de flicker zich voordoet. Enkel is niet op voorhand te voorspellen of er op deze tijdstippen wind zal zijn, en als er voldoende wind is wat de windrichting zal zijn. Er kan echter wel een worst-case scenario berekend worden, i.e. een theoretische situatie waarin de zon altijd schijnt tussen zonsopgang en zonsondergang, de windsnelheid steeds voldoende hoog is zodat de windturbines steeds operationeel zijn (beschikbaarheid 100%), en dat de windrichting steeds de stand van de zon volgt, zodat de schaduwprojectie van de draaiende rotor op het grondvlak of op andere structuren maximaal is. Real case berekeningen Random windrichting Vaste windrichting Operationele uren Obstakels Werkelijk aantal zonneschijnuren Werkelijke slagschaduwtijden 15

16 Werkelijke uren zonneschijn Slagschaduw Max 17 days/year Max 20 Min/day Up to 12 D 16

17 Slagschaduw Voorbeeld Zeebrugge 17

18 Maatregelen om slagschaduw te beperken Berekenen van de kalender Plaatsen van een instralingsmeter Stoppen van de turbine gedurende een bepaalde tijd (meerekenen in opbrengst = risico) Foto montages Hoogtelijnen digitale fotos Geografische coordinaten referentiepunten 18

19 VISUALISATION ZONES OF VISUAL INFLUENCE 19

20 Certification WIND TURBINE CLASSES (IEC ) Class I II III S V ref V av I 15 (A) I 15 (B)

21 Bepaling extreme windsnelheden Referentie metingen 21

22 Risico analyse PR plaatsgebonden risico van een persoon op de locatie Kans dat een gebouw wordt getroffen door vallende turbine Kans dat een gebouw wordt getroffen door onderdeel Indirecte risicos Faalscenario s bladbreuk tijdens normaal bedrijf, / Jr bladbreuk tijdens remactie / Jr bladbreuk tijdens overtoeren / Jr Mastbreuk / Jr afvallen gondel / Jr RISICOANALYSE Werpmodellen Ballistisch model zonder luchtkrachten Ballistisch model met lift en of driftkrachten 22

23 Voorbeeld Contour Afstand 1.5 MW Afstand 2.5 MW PR m 44m PR m 150m PR m 204m Kosten Energy output (e) Investments (i) Availability (a) Operation & Maintenance (o) Cost c ~ i/e.a + o Value Predictability Capacity credit Fuel replacement Dispatchability Positive effects on the Environment 23

24 Investeringen Projectontwikkelingskosten Turbine wegen funderingen Installatie Netaansluiting Operationele kosten Onderhoudscontracten Land lease verzekeringen transport stroom taxen Management GENERATION COSTS VERSUS AVERAGE WIND SPEED Generation cost in cents/kwh Annual average wind speed at 50m height [m/s] 40m hub height 55m hub height 75 hub height 24

25 TRENDS IN COST / KWH REDUCING COST Better understanding of loads and dynamics Reduction of the number of components, passive systems Thicker blades then in normal aeronautics Upscaling Higher tip speed ratio 25