Windsnelheidseffecten achter windturbines

Windsnelheidseffecten achter windturbines E.T.G. Bot B.H. Bulder Juli 2017 ECN-E--17-034

Management samenvatting Bij de ontwikkeling van het windpark Flevoland Noord, onder werknaam Windplan Blauw, zijn met het oog op de toekomstige uitbreiding van Lelystad Airport vragen gerezen met betrekking tot de vliegveiligheid met kleine vliegtuigen in relatie tot de zoggen achter windturbines. Om deze vragen te kunnen beantwoorden is informatie nodig over de effecten van deze zoggen. ECN is daarom gevraagd om de effecten van windturbinezoggen op de windsnelheid te berekenen voor twee situaties: een enkele windturbine en voor twee windturbines achter elkaar. De resultaten laten zien dat de windsnelheidsafname op 100 meter boven de tiphoogte (ca. 300 m of 1000 voet) minder is dan 1 m/s of 0.5 knoop. Hoewel de informatie in dit rapport afkomstig is van betrouwbare bronnen en de nodige zorgvuldigheid is betracht bij de totstandkoming daarvan kan ECN geen aansprakelijkheid aanvaarden jegens de gebruiker voor fouten, onnauwkeurigheden en/of omissies, ongeacht de oorzaak daarvan, en voor schade als gevolg daarvan. Gebruik van de informatie in het rapport en beslissingen van de gebruiker gebaseerd daarop zijn voor rekening en risico van de gebruiker. In geen enkel geval zijn ECN, zijn bestuurders, directeuren en/of medewerkers aansprakelijk ten aanzien van indirecte, immateriële of gevolgschade met inbegrip van gederfde winst of inkomsten en verlies van contracten of orders.

Inhoudsopgave 1. Inleiding 5 2. Werkwijze 7 3. Resultaten 9 4. Conclusie 21 Referenties 23 ECN-E--17-034 3

1 Inleiding Bij de ontwikkeling van het windpark Flevoland Noord, onder werknaam Windplan Blauw, zijn met het oog op de toekomstige uitbreiding van Lelystad Airport vragen gerezen met betrekking tot de vliegveiligheid met kleine vliegtuigen in relatie tot de zoggen achter windturbines. Om deze vragen te kunnen beantwoorden is informatie nodig over de effecten van deze zoggen. ECN is daarom gevraagd om de effecten van windturbinezoggen op de windsnelheid te berekenen voor twee situaties: een enkele windturbine en voor twee windturbines achter elkaar. In dit rapport wordt de werkwijze voor de berekening van de windsnelheidsafname achter windturbines beschreven en de resultaten in zogkaarten weergegeven. Van elke zogkaart is een variant in metrische eenheden (m, m/s) gemaakt en een variant in voor vliegers gebruikelijke eenheden (voeten en knopen). ECN-E--17-034 Inleiding 5

2 Werkwijze Voor de berekening van windsnelheden achter windturbines (zoggen) maakt ECN gebruik van het windparkzogmodel FARMFLOW [1]. FARMFLOW berekent de stationaire windstroming in windparken tot een hoogte van 5.33 maal de rotordiameter. Als representatief windturbinemodel is gekozen voor de Lagerwey L136 4.5MW [2] met een hubhoogte van 132 m en een tiphoogte van 200 m. De windsnelheden zijn berekend tot een hoogte van 700 m (2300 voet), tot 3 km achter de (laatste) turbine. De zogberekeningen zijn voor twee situaties doorgerekend: het zog achter een enkele turbine en het zog achter twee turbines, waarbij de onderlinge afstand 5 rotordiameters bedraagt. Voor het inzichtelijk maken van de zogeffecten in het gehele operationele bereik van de windturbines is het voldoende om de zogkaarten te produceren voor een beperkt aantal windselheden. De zogberekeningen zijn uitgevoerd voor de volgende windsnelheden (op hubhoogte): 4, 8, 12, 16 en 20 m/s. Voor de turbulentie intensiteit op hub hoogte is 12% genomen wat een representatieve waarde is voor de locatie. Met 2 zogsituaties, enkelvoudig en dubbel zog, en 5 windsnelheden worden in totaal 10 zogkaarten geproduceerd in metrische eenheden. Daarnaast wordt een tweede set van 10 zogkaarten in voor vliegers gebruikelijke eenheden (voeten en knopen) geproduceerd. ECN-E--17-034 Werkwijze 7

3 Resultaten Op de volgende pagina s worden de zogkaarten gepresenteerd waarin de snelheidsafname achter een enkele of dubbele windturbine kan worden afgelezen. Figuur 1 laat de resultaten zien bij een ongestoorde windsnelheid van 4 m/s op hub hoogte. De bovenste twee grafieken zijn voor een enkele turbine (in m/s en in knopen) en de onderste twee voor de situatie met twee turbines achter elkaar. In dezelfde volgorde zijn de resultaten voor de overige windsnelheden (8, 12, 16 en 20 m/s op hubhoogte) te vinden in de figuren 2 t/m 5. De resultaten laten zien dat de windsnelheidsafname op 100 meter boven de tiphoogte (ca. 300 m of 1000 voet) minder is dan 1 m/s of 0.5 knoop. ECN-E--17-034 Resultaten 9

Figuur 1: Afgenomen windsnelheid achter een enkele turbine (eerste en tweede) en achter twee turbines (derde en vierde) bij een ongestoorde windsnelheid van 4 m/s op hub hoogte. ECN-E--17-034 Resultaten 10

4 Conclusie De windsnelheidsafname achter een enkele windturbine en achter twee windturbines is berekend tot op een hoogte van 700 m. De tiphoogte van de referentie turbine (een Lagerwey L136 4.5MW) is 200 meter. De resultaten zijn gepresenteerd in zogkaarten bij 4, 8, 12, 16 en 20 m/s waarin de snelheidsafname kan worden afgelezen. Over het algemeen kan geconcludeerd worden dat de windsnelheid met minder dan 1 m/s of 0.5 knoop afneemt op een hoogte meer dan 100 meter boven de tiphoogte (300 m of 1000 voet) ECN-E--17-034 Conclusie 21

Referenties [1] E.T.G. Bot, FarmFlow validation against full scale wind farms, ECN-E--15-045. ECN, 2015. [2] T. Lamers, Data curves L136 4.5MW, SD202ENR1 Lagerwey, 2016. ECN-E--17-034 Referenties 23

ECN Westerduinweg 3 Postbus 1 1755 LE Petten 1755 ZG Petten T 088 515 4949 F 088 515 8338 info@ecn.nl www.ecn.nl ECN-E--17-034 Referenties 24