74100160-NMEA/PGR 11-0259 Opbrengst- en turbulentieberekeningen Windpark IJmond Lijnopstelling windturbines Reyndersweg Velsen-Noord Arnhem, 3 februari 2011 Auteurs Merih Cibis, Hans Cleijne In opdracht van KEMA Nederland B.V. Utrechtseweg 310, 6812 AR Arnhem Postbus 9035, 6800 ET Arnhem T (026) 3 56 91 11 F (026) 3 89 24 77 contact@kema.com www.kema.com Handelsregister Arnhem 09080262
KEMA Nederland B.V., Arnhem, Nederland. Alle rechten voorbehouden. Het is verboden om dit document op enige manier te wijzigen, het opsplitsen in delen daarbij inbegrepen. In geval van afwijkingen tussen een elektronische versie (bijv. een PDF bestand) en de originele door KEMA verstrekte papieren versie, prevaleert laatstgenoemde. KEMA Nederland B.V. en/of de met haar gelieerde maatschappijen zijn niet aansprakelijk voor enige directe, indirecte, bijkomstige of gevolgschade ontstaan door of bij het gebruik van de informatie of gegevens uit dit document, of door de onmogelijkheid die informatie of gegevens te gebruiken. De inhoud van dit rapport mag slechts als één geheel aan derden kenbaar worden gemaakt, voorzien van bovengenoemde aanduidingen met betrekking tot auteursrechten, aansprakelijkheid, aanpassingen en rechtsgeldigheid.
-3-74100160-NMEA/PGR 11-0259 INHOUD blz. 1 Inleiding...4 2 Berekeningsmethodiek...5 3 Windpark IJmond Reyndersweg Velsen-Noord...6 3.1 Locatie en windturbines...6 3.2 Windaanbodberekening...7 3.3 Turbulentieberekening...8 3.4 Energieopbrengst...10 3.5 Betrouwbaarheidsinterval van de opbrengstberekening...11 4 Conclusie...13
-4-74100160-NMEA/PGR 11-0259 1 INLEIDING Windpark IJmond heeft het voornemen om 3 windturbines te realiseren aan de Reyndersweg te Velsen Noord, en is in de fase beland dat de bouwaanvraag moet worden voorbereid. Voor de aanvraag is het van belang dat de exacte locaties en de bouwhoogte van de turbines bekend zijn. In dit rapport worden de gegevens bepaald die voor dit doel noodzakelijk zijn: het windklimaat dat op de windparklocatie heerst de langjarige energieopbrengst van het windpark met REpower 6M machines, waarbij gekeken wordt naar de invloed van een ashoogte van 100 m, respectievelijk 117 m.
-5-74100160-NMEA/PGR 11-0259 de invloed van de bladkeuze. REpower maakt sinds kort een eigen blad, welke wellicht voor de locatie interessant kan zijn vergeleken met het eerder aangeboden LM-blad de onzekerheid die geldt voor deze energieopbrengst uitgedrukt in P 50 en P 90 voor het afgeven van een site-approval door REpower is het nodig dat de turbulentieverdeling wordt bepaald als functie van de windrichting. 2 BEREKENINGSMETHODIEK Het energieaanbod in de wind neemt toe met de derde macht van de windsnelheid. Factoren zoals ruwheid van het landschap en de eventuele aanwezigheid van obstakels hebben een belangrijke invloed op het windregime. De bepaling van het windaanbod is van groot belang om de opbrengsten van het windpark te schatten. Bij bepaling van het windaanbod op een bepaalde ashoogte is allereerst de geografische plaats in Nederland van belang. De locatie in Nederland is in eerste instantie maatgevend voor de wind op grote hoogte. Dichter bij de aarde, tot zo n 150 meter boven de grond, bepalen de effecten van obstakels en terreinruwheid het windprofiel. Voor de bepaling van het windklimaat hebben wij gebruik gemaakt van de volgende gegevens en modellen: tijdreeksen van potentiële windsnelheden van het KNMI digitale ruwheidkaarten van het KNMI WAsP 9 voor het berekenen van de windsnelheidsverdeling op ashoogte WAsP Engineering voor het berekenen van de turbulentie op ashoogte WindFarmer voor het modelleren van de zogeffecten en het bepalen van de energieopbrengst.
-6-74100160-NMEA/PGR 11-0259 3 WINDPARK IJMOND REYNDERSWEG VELSEN-NOORD 3.1 Locatie en windturbines Windpark IJmond ligt in aan Reyndersweg in Velsen-Noord en bestaat uit 3 windturbines van het type REpower 6M. Figuur 1 geeft een overzicht van de locaties. Ten zuiden van het windpark is een windpark gepland dat bestaat uit 3 Vestas V90 windturbines. Figuur 1 Locatie windpark Reyndersweg
-7-74100160-NMEA/PGR 11-0259 Tabel 1 Overzicht van de turbinelocaties in Rijksdriehoekscoördinaten (4, 5 en 6 zijn Vestas V90 turbines) Windturbine Coördinaten X [lattitude] Y [longitude] RD-X [m] RD-Y [m] 1 607355.31 5815816.64 100127 499454 2 607486.84 5816226.13 100272 499859 3 607736.48 5816572.5 100533 500197 4 606946.35 5814690.73 99681 498342 5 607034.82 5815010.76 99780 498659 6 607149.56 5815322.67 99905 498967 3.2 Windaanbodberekening Bij de windaanbodberekening hebben wij gebruik gemaakt van dezelfde methodiek als bij de berekening van de Windkaart van Nederland op 100 m hoogte 1. Om het windaanbod op de locatie van het windpark te bepalen, maken wij gebruik van de meetstations van het KNMI. Het KNMI houdt al lange tijd op verschillende plaatsen in Nederland gegevens van de windsnelheid en windrichting bij. Voor de Windkaart van Nederland is een nauwkeurige selectie van geschikte stations gemaakt. Voor de berekeningen in de IJmond zijn wij uitgegaan van het meetstation IJmuiden. Van de meetdata hebben wij met behulp van WAsP een tijdsonafhankelijke opsomming gemaakt die geldig is voor een groter gebied, de windatlas. Van de windatlassen van de drie stations hebben wij een gewogen gemiddelde bepaald op basis van de geografische afstand tot de locatie. Dit levert de windatlas (windroos en windstatistiek) voor de locatie. Deze windatlas hebben wij gecombineerd met de ruwheidskaart van het gebied, om zo de windsnelheid op de locatie te bepalen. 1 Windkaart van Nederland op 100 m hoogte, KEMA in opdracht van SenterNovem en Ministerie van Economische Zaken. Arnhem, juni 2005.
-8-74100160-NMEA/PGR 11-0259 Figuur 2 Windroos en ruwheidskaart IJmond De windroos is berekend in WAsP. De windroos geeft inzicht in de verdeling van het windaanbod per sector (windrichting). De windroos laat duidelijk een overheersende zuidwestelijke windrichting zien. In de kaart is verder te zien dat de zee een lage ruwheid kent, en dat ten oosten van het windpark het terrein van Tata Steel voor een hoge ruwheid zorgt. 3.3 Turbulentieberekening WAsP Engineering is een rekenmodel dat wordt gebruikt voor het berekenen van extreme windsnelheden en turbulentie met name in complex terrein. Er is in deze situatie echter geen sprake van complex terrein.
-9-74100160-NMEA/PGR 11-0259 Voor de onderliggende berekeningen is WAsP Engineering alleen gebruikt voor het bepalen van de turbulentie op 100 en 117 meter hoogte. De invoergegevens daarvoor zijn verkregen vanuit WAsP. De turbulentie wordt berekend bij een windsnelheid van 15 m/s op ashoogte. Dit is conform de IEC norm 61400-1 editie 3. Figuur 3 Turbulentieroos Windpark IJmond De turbulentieroos die is berekend door WAsP Engineering laat zien dat voor wind vanaf zee de turbulentie laag is. Voor landafwaartse windrichtingen is de turbulentie als gevolg van de hogere ruwheid aanmerkelijk hoger. Sector 1 (0º) start bij -15 en loopt door tot +15. In de onderstaande tabel zijn de resultaten opgenomen van de berekeningen van de vrije turbulentie per sector. Aan de hand van de windsnelheidverdeling is een gewogen gemiddelde berekend.
-10-74100160-NMEA/PGR 11-0259 Tabel 1 Windpark IJmond Turbulentie als functie van de windrichting Sector [ ] Windrichtingverdeling [%] Vrije turbulentie 100 meter Vrije turbulentie 117 meter 1 (0º) 6.5 5.52% 5.16% 2 (30º) 6.2 16.07% 15.71% 3 (60º) 6.8 17.04% 16.68% 4 (90º) 8.1 17.53% 16.65% 5 (120º) 6.1 16.42% 16.00% 6 (150º) 6.6 17.67% 17.45% 7 (180º) 9.1 15.77% 15.76% 8 (210º) 12.4 5.41% 4.55% 9 (240º) 12.6 5.08% 4.16% 10 (270º) 10.5 3.93% 3.45% 11 (300º) 8.1 3.68% 3.21% 12 (330º) 7.2 4.75% 4.43% 3.4 Energieopbrengst De bruto energieproductie wordt bepaald aan de hand van de windsnelheidsverdeling per windrichting gekarakteriseerd door de Weibullverdeling, de vormfactor (k) en de schaalfactor (a). Op basis hiervan kunnen wij met behulp van de gecertificeerde powercurve van de toekomstige windturbines de bruto energieopbrengst van de windturbines van Windpark IJmond bepalen. De opbrengst van het windpark wordt, behalve door het windaanbod ter plaatse en de powercurve van het windturbinetype, ook door de onderlinge afstanden van de turbines bepaald. Doordat de turbines turbulentie in de lucht veroorzaken ontstaan zogverliezen. Deze zogverliezen ontstaan door het windpark zelf, maar ook door objecten of windturbines in de omgeving van het windpark. In de berekeningen hebben wij de invloed van de Vestas V90 windturbines die ten zuiden van het park zijn gepland, meegenomen.
-11-74100160-NMEA/PGR 11-0259 Om van bruto opbrengsten naar netto-opbrengsten te rekenen houden wij rekening met de parkeffecten die optreden. Dit zijn met name de zogverliezen. Daarnaast vinden verliezen plaats tijdens het transport van de elektriciteit door het net, en door het feit dat de turbines door storingen en/of onderhoud niet in bedrijf zijn: de niet-beschikbaarheid. In de berekeningen voor de netto-opbrengsten hebben wij rekening gehouden met de volgende waarden: 97% beschikbaarheid zogverliezen afhankelijk van het gekozen type, berekend met WindFarmer 2% netverliezen 1% onderhoud aan het onderstation 1% overige verliezen (bladdegradatie etc.). Tabel 2 Opbrengsten windpark IJmond Windpark IJmond REpower 6M REpower 6M Bladen LM REpower Ashoogte 100 m 117 m 100 117 m Rotordiameter 126 m 126 m 126 m 126 m Aantal windturbines 3 3 3 3 Totaal vermogen 18,45 MW 18,45 MW 18,45 MW 18,45 MW Gemiddelde windsnelheid 8,7 m/s 8,9 m/s 8,7 m/s 8,9 m/s Bruto energieopbrengst 64735 MWh 67357 MWh 65293 MWh 67888 MWh Zogverliezen 4,4% 4,2% 4,4% 4,2% Niet-beschikbaarheid en 7% 7% 7% 7% andere verliezen Netto energieopbrengst 57630 MWh 60115 MWh 58149 MWh 60608 MWh Vollasturen 3124 3258 3151 3285 3.5 Betrouwbaarheidsinterval van de opbrengstberekening De opbrengstberekeningen die zijn uitgevoerd vormen een schatting van de langjarige gemiddelde opbrengst van het Windpark IJmond. Op basis van dit betrouwbaarheidsinterval worden de P 50 - en P 90 -waarden bepaald, dat wil zeggen de waarden van de jaarlijkse energieproductie die met een waarschijnlijkheid van 50% respectievelijk 90% worden
-12-74100160-NMEA/PGR 11-0259 behaald. Financiers gebruiken de P 90 om de waarde van het toekomstig windpark te bepalen en daarop een lening te verstrekken. De onzekerheid in de uitkomsten hangt samen met de gekozen methodiek en de onnauwkeurigheid in de gebruikte meetgegevens. De totale onzekerheid van de windaanbodberekening wordt bepaald door een aantal mogelijke foutenbronnen. Tabel 3 geeft een overzicht welke onnauwkeurigheden een rol kunnen spelen en hoe groot de bijbehorende onzekerheid is. De onzekerheden en de P 50 - en P 90 -waarden hebben wij berekend met WindFarmer. Tabel 3 Onzekerheden in de opbrengstberekening (standaarddeviatie) Onzekerheid Type Percentage Historische windsnelheid variatie (6% Windsnelheid 2,2% jaarlijkse variatie, 20 jaar metingen) Anemometer Windsnelheid 6,6% Ruwheid Windsnelheid 6,6% Zogmodel Zogverlies 0,7% Power curve Opbrengst 2% Verticale extrapolatie Windsnelheid 3,3% Horizontale extrapolatie Windsnelheid 1,7% Onzekerheid in opbrengsten 14,2% Tabel 4 P 50, P 90 voor Windpark IJmond Windpark Periode REpower 6M REpower 6M IJmond Type bladen LM REpower Diameter 126 m 126 m 126 m 126m Ashoogte 100 m 117m 100 m 117 m Totaal 18,45 MW 18,45 MW 18,45 MW 18,45 MW vermogen P50 (in GWh) 57,6 60,1 58,1 60,6 P90 (in GWh) 1 jaar 47,0 49,0 47,4 49,4 10 jaar 49,5 51,7 50,0 52,1 20 jaar 49,7 51,9 50,2 52,3
-13-74100160-NMEA/PGR 11-0259 4 CONCLUSIE Op basis van windaanbodberekeningen heeft KEMA een schatting gemaakt van de verwachte energieopbrengst van het Windpark IJmond. De verwachte langjarige energieopbrengst bedraagt, afhankelijk van het windturbinetype, minimaal 57,6 en maximaal 58,1 GWh op 100 m hoogte. Op 117 m hoogte zijn de opbrengsten ongeveer 4% hoger. Het aantal vollasturen voor het windpark ligt tussen de 3100 en 3300 vollasturen. In de praktijk treden van jaar tot jaar verschillen op in de energieopbrengst. Voor de raming is het van belang deze fluctuaties in de opbrengst mee te nemen. Uit de onzekerheidsberekeningen blijkt dat de P 90 voor het windpark 14% lager is dan de gemiddelde verwachte opbrengst.