WINDENERGIE Lessenreeks Oostende Luc Dewilde, Site karakteristieken Berekening van lange termijn productie (gemiddeld 10-20 jaar) Rentabiliteit van het project Optimaliseren van de keuze van de turbine Optimaliseren van de configuratie 1
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
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
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
WINDTUNNEL CALIBRATIES CALIBRATION CHART 16 14 12 y = 0,047x + 0,3945 R 2 = 0,9998 10 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 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
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 22,2003 21:00 4.4 0.2 4.8 326 21:07 326.2 3.4 23.9 966.4 20.8 Jun 22,2003 21:10 5.4 0.4 6.3 322 21:19 323.4 4.2 23.2 966.4 20.1 Jun 22,2003 21:20 6.6 0.3 7.2 342 21:27 334.7 7.7 22.6 966.4 19.4 Jun 22,2003 21:30 7.1 0.4 7.9 335 21:35 336.1 4.2 22.4 966.4 18.6 Jun 22,2003 21:40 7.2 0.3 7.9 316 21:46 322 5.8 22.4 871.6 18.1 Jun 22,2003 21:50 7.6 0.4 8.6 307 21:59 309.4 2.8 22.4 579.1 17.7 Jun 22,2003 22:00 7.8 0.4 8.6 315 22:00 309.4 2.9 22.8 579.1 17.4 Jun 22,2003 22:10 7.1 0.3 7.7 307 22:11 310.8 3.6 23.1 579.1 17.2 Jun 22,2003 22:20 7.4 0.4 8.2 312 22:27 309.4 4.6 23 579.1 17.2 Jun 22,2003 22:30 6.8 0.6 8.3 298 22:30 300.9 4.5 22.3 579.1 17.2 Jun 22,2003 22:40 6.2 0.7 8 295 22:41 306.6 6.2 22.4 579.1 17.2 WIND CLIMATE 6
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] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 3 4 5 6 7 8 9 Wind Speed [m/s] R0 R1 R2 R3 R4 7
REAL DATA WEIBULL VERSUS SECTOR 8
Jaarlijkse variatie 140 Variations production (%) 120 100 80 60 40 20 0 1988 1989 Variations inter-annuelles de 15%! 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 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
Berekening lange termijn potentieel (1) Correlatie met een referentie station 20.0 18.0 16.0 Sector 1 y = 1.3299x + 0.2870 R 2 = 0.9273 16 14 12 Fluctuations journalières 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 Wind sp eed [m/s] 10 8 6 4 4.0 2 wind speed Florennes 10 m [m/s] 2.0 0.0 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 0 1/01/ 2001 1/02/ 2001 1/03/2001 1/04/2001 1/05/2001 1/06/2001 1/07/2001 1/08/2001 1/09/2001 1/10/2001 1/11/ 2001 1/12/2001 1/01/ 2002 1/02/ 2002 1/03/2002 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) 300 250 Wi belgium 200 Wi zeeland 150 100 50 0 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
TURBULENCE THE WASP METHOD 11
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
OROGRAPHY Source:VUB ROUGHNESS Roughness classes according to terrain conditions 13
Ruwheidskaart Vlaanderen Source:VUB RESOURCE MAPS: EXAMPLE Source:VUB 14
PRODUCTIEBEREKENINGEN vermogencurve windverdeling 2500 2000 Puissance (kw) 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 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 (300-500 W/m 2 ) Turbulence Intensity: Gust σ I = V av 15
WIND TURBINE CLASSES (IEC 61400-1) Class I II III S V ref 50 42.5 37.5 V av 10 8.5 7.5 I 15 (A) 0.18 0.18 0.18 I 15 (B) 0.16 0.16 0.16 ST-ODE 16
RESULTS Turbine Nr Energy [MWh] Park efficiency Mean wind speed 1 2575 97.3 6.6 2 2463 93.5 6.6 3 2509 92 6.7 4 2499 92.3 6.6 5 2474 93.6 6.6 6 2526 97 6.5 LOSSES 17
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 0 5 10 15 20 25 30 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 : 0.085 /kwh 18
Onzekerheidscurve 110.00% Probabilité d'une déviation inférieure 100.00% 90.00% 80.00% 70.00% Probabilité 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 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
PARK EFFECT Array Distance between turbines Distance between rows Row Distance between turbines depending on orientation 20