Lagere onzekerheden voor offshore windenergie

DOWA

Noordzee met nauwkeurige windinformatie

De Dutch Offshore Wind Atlas (DOWA) geeft nauwkeurige windinformatie op de Noordzee voor het gebruik van offshore windenergie. Het is een innovatie in de windenergiesector in Nederland. Met deze nauwkeurige windinformatie kunnen offshore windontwikkelaars nauwkeurigere bedrijfsplannen maken met lagere kosten en gunstiger financiering.

Drie partijen werkten aan het DOWA-project: het KNMI maakte de atlas met behulp van state-of-the-art weermodellen, waaronder miljoenen metingen per dag en satelliet- en vliegtuigmetingen boven de Noordzee. TNO was verantwoordelijk voor het projectmanagement en werkte nauw samen met het KNMI om de atlas te valideren met hoogwaardige metingen van verschillende offshore-stations. Whiffle heeft modellen met zeer hoge resolutie gemaakt voor gedetailleerde belasting- en zoganalyses van windturbines. TKI Wind op Zee ondersteunde het consortium bij het maken van de nieuwe windatlas en stimuleerde partijen om hun kennis te bundelen.

Het DOWA-project was een innovatief project. Het KNMI richtte zijn innovatiewerk op het opnemen van zogeffecten van windparken in HARMONIE en maakte het mogelijk om Whiffle's GRASP-model in HARMONIE te nesten. Whiffle richtte zich op het verbeteren van de turbineparametrering in GRASP. TNO richtte zich op het verbeteren van de kennis van windklimatologie op de Noordzee op voor windenergie relevante hoogten.

Hierdoor kon het consortium een ​​zeer nauwkeurige windklimatologie op de Noordzee leveren. Dit werd gevalideerd aan de hand van satellietmetingen, drijvende en mastgemonteerde LiDAR-metingen en anemometers gemonteerd op meteorologische masten, zowel offshore als onshore.

Data

De output van DOWA is enorm. Er zijn ruim 80 terabyte aan data beschikbaar die interessant zijn voor onderzoekers, windenergieontwikkelaars en producenten van offshore windenergie. Ze kunnen de gegevens gebruiken, bijv. voor het maken van een businesscase bij het plannen van een nieuw windpark. In de DOWA kunnen ze nauwkeurige 'free stream' windklimatologie vinden. Wanneer ze deze informatie combineren met lokale metingen, kunnen ze lokale zogeffecten beoordelen en een volledig beeld krijgen van het lokale windklimaat. Deze informatie kan worden gebruikt om te beslissen over de ontwerpcriteria voor de windturbines of de optimale inrichting van het windpark.

De DOWA-dataset is een open dataset die tot mei 2020 wordt opgeslagen in het KNMI Datacentrum (KDC). Er is een speciale website waar gebruikers alle data kunnen downloaden om hun berekeningen te maken. Er zijn twee soorten datasets: dagelijkse 3D-bestanden en 10-jarige tijdreeksen. Ze bevatten precies dezelfde informatie: 'free stream' windinformatie van 10 tot 600 meter hoogte op een raster van 2,5 bij 2,5 km. Ze zijn alleen anders 'georganiseerd' om tegemoet te komen aan verschillende soorten gebruikers. In de dagelijkse 3D-bestanden kunnen gebruikers een dag selecteren en alle beschikbare informatie voor die dag downloaden. De 10-jarige tijdreeksbestanden zijn geordend op locatie. Gebruikers van deze set kunnen een rastercellocatie selecteren en alle beschikbare tijdreeksen voor die locatie downloaden. Er zijn ook aanvullende datasets met hoge resolutie die de effecten van bestaande windparken op de wind omvatten.

Nieuwigheden

De DOWA is de opvolger van de KNMI Noordzeewind (KNW) atlas die ook gericht is op gebruikers van windenergie. Zowel de DOWA als de KNW-atlas zijn een 'verkleinde' wereldwijde heranalyse, maar ze zijn gemaakt met verbeterde versies van de modellen op een fundamenteel andere en ongekende manier. De modellering met zeer hoge resolutie van Whiffle (10 min, 64 m) is uniek. Niet alleen vanwege zijn resolutie, maar ook omdat het rekening houdt met het effect van bestaande windparken op het individuele turbineniveau, wat erg handig is voor ontwikkelaars van windenergie.

Uitdagingen

Natuurlijk waren er uitdagingen waar het consortium voor stond tijdens het ontwikkelen van de DOWA. Zo had zelfs de snelste computer van Europa 500 volle dagen nodig om 10 DOWA-jaren te berekenen, voorbereiding van de runs en validatie ervan niet inbegrepen. Voor Whiffle was het een uitdaging om de windturbinemodellen praktisch haalbaar en gebruiksvriendelijk in hun weermodel in te bedden. En TNO had als projectcoördinator de uitdaging om ervoor te zorgen dat alle resultaten op tijd openbaar beschikbaar waren. De informatie was immers nodig tijdens en niet na de lopende offshore wind tenders.

Toekomstige ontwikkelingsstappen

Tijdens het project heeft het consortium ook verkennend werk gedaan. De resultaten waren veelbelovend en de DOWA-partners zetten deze voort. Een van de innovaties in het DOWA-project was het opnemen van zogeffecten van windparken, belangrijke informatie voor windenergie. Met de sterke groei van windenergie op de Noordzee wordt hun effect aanzienlijk. De eerste resultaten zijn veelbelovend en in het WINS50-project (Whiffle, TU Delft en KNMI) wordt dit verder onderzocht.

Doordat offshore windturbines steeds groter worden, halen ze wind uit een groter gebied. De traditionele benadering van een enkel instroom windveld op naafhoogte dat representatief is voor de gehele rotor is duidelijk onvoldoende. Er moet zeker rekening worden gehouden met verticale, horizontale en temporele variaties. Zeker als je bedenkt dat de grotere windturbineontwerpen slanker en flexibeler zijn, waardoor de impact van excitaties en belastingen steeds belangrijker wordt. Deze worden uiteraard aangedreven door de inkomende windvelden. Als zodanig hebben de projectpartners duidelijk de waarde ingezien van het koppelen van gedetailleerde windvelden aan aero-elastische codes om de belasting van moderne en toekomstige offshore windturbines te verbeteren. Dit zal het ontwerp van zeer grote windturbines ondersteunen, waardoor ze structureel en economisch haalbaar worden. TNO en Whiffle definiëren een project om dit aan te pakken.

Projectpartners en TKI Wind op Zee

Het DOWA-project wordt uitgevoerd door de projectpartners TNO, Whiffle en KNMI. Zij worden ondersteund met TKI Wind op Zee, onderdeel van de Topsector Energiesubsidie ​​van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat (SDE+ Hernieuwbare Energieoproep).

 

Dit artikel maakt deel uit van de serie Project in Beeld. Bekijk hier meer projecten.