Improved design criteria and forecast for energy yield from offshore wind turbines

Transkript

1 Improved design criteria and forecast for energy yield from offshore wind turbines StormGeo AS Gard Hauge, Nina Winther, Siri Kalvig and Knut Lisæter University of Stavanger Prof. Ove Tobias Gudmestad og Prof. Jasna Jakobsen

2 Offices Services & Products Industries Industries and services Renewables Offshore Shipping Media PowerWeather PreCast /InstantCast Windsight planner Wind consultancy Wind Forecasts Hydro Power / WTM Energy Consultancy MetOcean forecasts Offshore Consultancy UK observation course StormDrift Offshore Statistics Aviation Seaware Routing Seaware EnRoute Seaware EnRoute Live Seaware LNG Live Seaware Fleet Manager Seaware PVA Internet Weather Portals TV Weather services Print Telecom Bergen Stavanger Oslo Aberdeen Copenhagen Stockholm Houston Baku

3 Forecasting and planning of wind farms Wind Resource Mapping Wind Energy Forecasting Net Production P99 P90 P75 P

4 The fundamental working tool: Numerical weather prediction models Observations are crucial!

5 The fundamental working tool: Numerical weather prediction models Observations External Data Global Models km StormGeo data Regional Models 1-9 km Local Models 10m-1 km ARPS SAM WRF 9 km WRF 3 km WRF 1 km ARPS 75m

6 Main focus Air and sea interact and exchange momentum, heat and gases in the marine boundary layer. High quality offshore winds depend on a coupled model system that incorporates this interaction.

7 A typical offshore wind picture. How does a non-flat sea affect the wind fields? Wind and waves interact

8 Motivation Challenges - existing windparks and new concepts large amplitude wind fluctuations uncertainties in power estimates/production unexpected dynamic load Uncertainties: fluctuating forces fatigue damage roughness / standards control system challenges marine operations Horns Rev (C. Vincent et al. 2009)

9 State-of-the-art Windsea and swell influences the atmosphere different. Windsea - waves generated by local wind Swell - long period waves generated by distant storms Most common is a mixture of windsea and swell, and this makes the picture even more complicated.

10 Relevante tema me arbeider med på UiS Ivar Langen, professor emeritus, dynamikk av konstruksjonar, NORCOWE prosjektleiar Jasna B Jakobsen, professor vind teknologi og dynamikk Jonas Snebjørnsson, professor konstruksjon teknikk og dynamikk Arnfinn Nergaard, professor teknologi løysningar for system under vatn Tore Markeset og J. Liyanage, professorar vedlikehald Conrad Carstens, professor II, mekanikk Lene Eliassen, dr. grad student vind energi. Energi optimalisering frå vindturbinar Mastergrad oppgåver våren 2011

11 Installasjon og operasjon av vind turbinar til havs O. T. Gudmestad, professor marin teknologi: Installasjonsmetodar for vind turbinar A. Sarkar, dr. student: installasjon av enkle konstruksjonar for vind turbinar S-J Choi, dr. student, bølgjer som bryt på grunne farvatn (t.d. Doggerbank) S. Samarakoon, dr. student: val av kvalifisert teknologi S. Kalvig (Storm Geo), dr. student (spesialiseringskurs): korleis påverkar bølgjene vinden? M. Hummel (WeserWind, GmbH), master grad: installasjon av fundament for vind turbinar Andre master grad oppgåver våren 2011

12 Frå indre dansk og tysk farvatn til Nordsjøen Vindturbinane som er installerte I Nordsjøen har hatt problem: Lang installasjonstid (kostbart) på grunn av bølgjer Vanskeleg å gjennomføra vedlikehald og utskiftingar. Lange bølgjer er problematiske for utstyret som vert nytta Skader på grunn av: Forsking: At arbeidet ikkje er solid utført At utstyret ikkje toler påkjenningane Me må forstå vinden betre Me må byggja solid nok Me må finna løysingar som er rimelegare Me må kunna varsla om når det er naudsynt å stengja ned

13 Vår fokus med omsyn til forsking Optimalisering av energien frå vindturbinar til havs Nye metodar for installasjon av fundament for vind turbinar (tradisjonelle metodar er kostbare) Sikkerheit for konstruksjonen og mekaniske komponentar (det er mange feil på vindturbinar til havs) Sikra at vi ikkje får progressiv kollaps av vindturbinar i ein vindpark Forstå meteorologiske fenomen Forstå krav til vedlikehald Relevant utdanning på master og dr. grad nivå

14 Utstyr som vert nytta i Nordsjøen er kostbart

15 Project objective Investigate and evaluate existing offshore wind standards, with special focus on use of metocean products, and find ways to develop improved methods for forecasting the uncertainty elements and hence to obtain better energy production forecasts for offshore wind turbines.

16 Prosjektet saman med Storm Geo Prosjektet saman med Storm Geo er viktig for oss: Me skal undersøkja korleis me kan utvika vindturbinar som er sikre å installera og driva Er dagens standardar gode nok? Kan me enkelt ta teknologien frå land og føra den til havs? Me skal finna korleis me kan varsla kva energimengde me kan få dei neste timane /dagane Me skal sjå på dei krava som må stillast til vindmøller til havs slik at dei skal vera enkle å installera, driva, vedlikehalda Kva betyr verknaden frå bølgjer på vindfeltet og har denne verknaden effekt på konstruksjonen? Me skal og finna modellar som gir informasjon om når vindmøllene kan vera i drift til havs og kva energimengde me kan få ut av desse vindturbinane

17 Work packages WP 1: Standards review and impact studies UiS - Gudmestad/Jakobsen with students and Kalvig Paper submitted: Kalvig, S., Gudmestad, O.T., Winther, N. (2011) On waveinfluenced wind and stability - possible implications for the offshore wind turbines, Wind Energy WP 2: Generation of a one-way coupled hindcast archive StormGeo - Winther, Lisæter, Hauge WP 3: Model development, two-way coupled hindcast archive StormGeo - Winther, Lisæter, Hauge WP 4: Implications for load calculations and offshore wind standards UiS/StormGeo; Jakobsen/Gudmestad, Master students, Post graduate student, Kalvig

18 WRF - SWAN Atmosphere / Wave Coupling Global models Atmosphere 1 km Waves 1 km Wind, stability, density Roughness

19 Thank you!