Vindressursskartlegging - Nordland Knut Harstveit Kjeller Vindteknikk AS foredrag på Seminar om Klima og Energi Nordland fylkeskommune 26. februar 2009

Innhold  Vindkart – Nordland a.Modellbeskrivelse b.Terrengbeskrivelse – ruhet c.Validering d.Vindkart e.Kompleks topografi (RIX – korrigering – Turbulens) f.Bruk av vindkart – WAsP  Isingskart – Nordland a.Ising – hva er det? b.Modellbeskrivelse c.Isingskart Klima - Energi 2009

Vind- og isingskart fra meso-skala meteorologimodeller WRF – Weather Research and Forecasting model: Globale inngangsdata hentes inn hver 3’dje time Terrengdata (topografi, overflateruhet, snødekke, vegetasjon, bakkefuktighet) Modellen kjørt over ett år (2005) Horisontal gitteroppløsning ~ 1km*1km ruter Klima - Energi 2009

Mesoskala modellering  Utgangsdata:  Tidsserier for vind, temperatur og fuktighet, skydekke for alle gitterpunkt med 1km avstand i flere høydenivåer  Data fra modellen kan benyttes som inngangsdata til mikroskala modeller som WAsP for å simulere et vindparkområde i større detalj. Klima - Energi 2009

Mesoskala modellering – Visualisering Klima - Energi 2009  Nordland_jan05.avi Nordland_jan05.avi

Flatebeskrivelse Ruhetskart (1km) sommer - vinter Klima - Energi 2009

Validering av vindkart Tidligere validering av vindkartmetodikken (Berge et al., 2007)) for tre vindparker i midt-Norge. Lite komplekst Litt komplekst terreng Komplekst terreng Avvik fra årlig gjennomsnittlig middel vindhastighet ligger i området 3-13%

Turbulens Klima - Energi 2009 Turbulens er hurtige variasjoner av vinden i tid og rom Turbulensen øker over en ujevn overflate, slik som byer og skog og over bratte skrenter Når turbulensen øker, reduseres middelvinden fordi energien i middelfeltet fordeles på kortvarige virvler i vindfeltet Høy turbulens er negativt for vindturbiner fordi: Høy turbulens stjeler energi fra middelvindfeltet Høy turbulens medfører stor belastning på turbinen Stor andel med bratt terreng medfører plassproblemer og økt turbulensrisiko

RIX-verdier  RIX: Andel terreng med helning 30% eller mer innenfor radius R km, R = 2km og kart med 25 m ekvidistanse er brukt

Terrengkompleksitet Potensial for turbulens Klima - Energi 2009

RIX-verdier (WAsP model)  RIX: Andel terreng med helning 30% eller mer innenfor radius R km, R = 2km og kart med 25 m ekvidistanse er brukt  dRIX = (RIX site - RIX metmast )  Hypotese (Bowen and Mortensen, 1996) dRIX~0 Pålitelig prediksjon dRIX>0 Overprediksjon dRIX<0 Underprediksjon

Klima - Energi Kobling WRF/WASP Kombinasjon av WRF og WAsP: - Årlig WRF vindstatistikk legges inn i WAsP for å generere vindatlas for et potentielt vindparkområde -Lokalt vindkart genereres ved bruk av mikro-skala terreng- og ruhetsdata -I komplekst terreng: Bruk RIX - korrigering for å redusere feilen ved bruk av WAsP.

Validering av vindkart Her ser vi først hvorledes WRF underestimerer vinden i alle parkene. Midterste kolonne viser resultatene fra en ferdig RIX-korrigert WAsP – kjøring. Tilhørende RIX-verdi sees til høyre Lite komplekst Litt komplekst terreng Komplekst terreng

Iskartlegging. Viktigste isingstyper Sjøsprøyt  Sterk vind ved kaldt vær nær en sjøflate. Problem for skipstrafikk, offshore konstruksjoner og havneanlegg. Kan gi svært mye is, men begrenses til de nærmeste 10 – tall meter over sjøflaten. Underkjølt regn  Regn og yr ved T<0°C gir glattis på alle flater. Gir begrenset istykkelse, men problemer fordi alle flater iser ned og underlaget blir glatt. I Norge mest problemer for vegtrafikk og flyplasser. Større problemer i USA/Canada (”icing storm”), Sentral/Øst-Europa og Kina. Våt snø som fryser  Særlig problem for kraftledninger der snøen klistrer seg til ledningen som roterer og forandrer ledningene til lange issylindre Skyis  Underkjølte skydråper fryser på slanke objekter. Problem for alle konstruksjoner på eksponerte høydedrag over m. Øker raskt med høyden. Problemer for fly, TV-master, kraftledninger, vindturbiner. Kan gi svært mye is på eksponerte fjelltopper Klima - Energi 2009

Iskartlegging - skyis Bilde: Kjeller Vindteknikk med tillatelse fra Nord-Norsk Vindkraft Bilde: Kjeller Vindteknikk med tillatelse fra StatoilHydro Klima - Energi 2009

(1) Beregne hyppighet av sky med temperatur under 0º (dvs. underkjølt skyvann). Inngangsdata: - Observasjoner av temperatur og skydekke fra flyplasser. - Modelldata fra WRF (2) Beregne avsetning på et legeme (standardlegeme) vhj. av en mikrofysisk modell: dM/dt = α 1 α 2 α 3 ·w·A·V dM/dt – masse is på standardlegeme pr. tidsenhet w – skyvann per m 3 luft, A - tverrsnitt normalt på vinden, V – vindhastighet, α 1, α 2, α 3 mikrofysiske prosesser Hvordan beregnes ising?

Luftstrøm med små vanndråper inn mot et objekt A

Iskart for Nordland i 2005

Klima - Energi Ising

Klima - Energi Ising

Klima - Energi Oppsummering  Vind- og isingskartene fra WRF gir ny og forbedret informasjon for vindkraftutvikling  Avvik i årlig middelvind på < 10% for steder der den lokale påvirkningen ikke er for sterk  Kombinasjon av vind- og isdata med kartdata (GIS-verktøy) gir nye muligheter for vurderinger av hvilke områder som egner seg for vindkraft. Bla ved å vurdere: Terrengkompleksitet Terrenghelning Avstand til bebyggelse  En kombinasjon av WRF og WaSP vil forbedre resultatene, spesielt i komplekst terreng

Takk for oppmerksomheten!