Storm and lightning above wind turbine park

Afgesloten

SeaFD | Realistische CFD-windlastberekeningen voor offshore windturbines

Regio:

Vlaanderen

Context

Het SeaFD-project valt onder het SIM-programma “Material Durability for Off-Shore (MaDurOS)”. Binnen dit programma richt het project MaSiWEC zich op het aanpakken van een fenomeen dat de windindustrie teistert, namelijk de degradatie van het lagermateriaal van aandrijflijnen. MaSiWec heeft vastgesteld dat extreme weersomstandigheden aan de basis liggen van de verminderde levensduur van de lagers.

Doelstellingen

Het doel van SeaFD is het ontwikkelen van een nieuw weermodel met hoge resolutie om in offshore windparken hoge windschering en snelle veranderingen in windrichting te voorspellen, die kunnen leiden tot defecte lagers in windturbines. SeaFD zal zich toespitsen op het verlengen van de levensduur van de offshore windturbines door:

weersystemen te identificeren die leiden tot de degradatie van lagers in aandrijflijnen. Historische wind- en golfgegevens in de buurt van het Norther windpark worden geanalyseerd en gecorreleerd aan het rotorkoppel, de rotorbuiging en lagerbelasting van de MaSiWEC-turbine, om zo een lijst te maken van weersverschijnselen die de offshore windenergiesector teisteren.
een weermodel met hoge resolutie te ontwikkelen, afgestemd op windparken in de Noordzee. Om een beter inzicht te krijgen in extreme weersomstandigheden en de interactie ervan met windparken, worden wereldwijde historische weerdatasets van ECMWF en NCAR gekoppeld aan modellen voor weersvoorspellingen op mesoschaal (WRF) en aan Large Eddy Simulaties (LES) om windvelden in de buurt van windturbines te berekenen, op turbineschaal. Windturbines worden gemodelleerd als actuatorlijnen om de zog-effecten ervan mee op te nemen en om de windbelasting per turbine te simuleren.
het nieuw weermodel te valideren aan de hand van metingen in het Norther windpark. De stuurgroep selecteert verschillende weersverschijnselen, die opnieuw berekend worden met het nieuwe weermodel en vergeleken met windgegevens uit het veld.
de belasting van de windturbines in real time te voorspellen met behulp van een lagere-orde-model voor de werking van windparken. Met behulp van het weermodel, CFD RANS-simulaties, SCADA 1 sec gegevens, LIDAR- en golfboeigegevens, wordt een lagere-orde-model voor het voorspellen van windvelden en windturbinebelasting opgezet voor elke windturbine aan de hand van machine learning. De resulterende tool is bedoeld voor gebruik in windparken.

Potentiële impact/gebruik

Het nieuwe binnen SeaFD ontwikkelde weermodel is uniek omdat het toelaat toekomstige weersomstandigheden te voorspellen aan elke rotor in een windpark, 36 uur op voorhand. De verhoging van de resolutie van de huidige operationele weersvoorspellingen door bv. het KMI, gebeurt door middel van CFD-tools. Deze tools worden reeds gebruikt in de windtechniek voor het ontwerp van bruggen, hoogbouw en in de veiligheidstechniek voor de voorspelling van de verspreiding van bosbranden en giftige wolken.

De volgende toepassingen zijn mogelijk en verdere ontwikkeling ervan is mogelijk in speciale vervolgonderzoeken met windparkexploitanten, windturbinefabrikanten en softwareontwikkelaars:

Energieopbrengst voor toekomstige windparken op basis van heranalyse van windgegevens van ECMWF of NCAR voor elk jaar vanaf 1948 voor NCAR en vanaf 1979 voor de ECMWF-dataset.
Risicoanalyse voor toekomstige windparken met betrekking tot lagerdefecten op basis van de heranalyse van weersgegevens van 1948 tot nu.
Realtime weersvoorspellingen en windbelasting voor elke windturbine in elk windpark ter wereld, 1,5 dag op voorhand. Het via deze voorspellingen verkregen detailniveau hangt af van de vooruitgang die binnen het huidige SeaFD-project wordt geboekt met het koppelen van Large Eddy Simulaties aan wereldwijde weersvoorspellingen die door NCAR beschikbaar worden gesteld.