Lidar and Advanced Simulation Methods for Evaluation of Complex Flow Features

Modern wind turbines were developed in Denmark and Germany, where the terrain is known to be quite flat. When these wind turbines are erected in the Norwegian mountains, it is clear that things will be quite different. Wind is a three-dimensional phenomenon. Anyone who has been near an exposed cliff during a gale from south west know that the wind can blow both upwards, downwards and change direction in a second. Many of the new wind farms that are planned in Norway will be located on or near such steep cliffs, and the wind turbines are going to experience that the wind is quite more complex than it is on the Danish plains. It is quite difficult to measure wind in an accurate manner. In addition, the most accurate instruments only measure the wind in one point. As the wind can change quite a lot over short distances and in short time periods, it is necessary to use mathematical and statistical models to describe what kind of wind conditions a wind turbine is going to experience. In the project "Lidar in Complex Flow" new laser-based instruments are used. These instruments can measure wind not only in a point, but along the entire line the laser beam illuminates. By moving the laser beam in different patterns, we can describe the one-dimensional behaviour of the wind across the two-dimensional plane described by the moving laser beam. Further, we have used the one-dimensional wind speed together with a three-dimensional flow model. Using this combination, wehope to get a better understanding of the three dimensional behaviour across the Norwegian complex terrain. The knowledge aquired in the projects provides us with tools to better determine where to locate the wind turbines to maximze their production over several years without breaking apart.

«Lidar in Complex Flow» tar sikte på å utvikle måleteknikker for komplekse vindforhold, og anvende disse målingene for å utvikle nye modeller og metoder som vil bidra til å øke lønnsomheten i nye vindkraftprosjekter. Vindmålinger i forkant av vindkraftutbygginger utføres normalt i områder hvor vinden er minst mulig forstyrret av lokalt terreng. Når vindparker deretter skal bygges, vil ofte en del av turbinene plasseres i områder hvor vindforholdene er mer komplekse og formet av terreng og vegetasjon. Ideelt sett burde man måle vindforholdene i hver enkelt turbinposisjon, men det er svært kostbart og tidkrevende. Ny lidarteknologi gjør det imidlertid mulig å kartlegge vindforhold over større områder på kort tid. Lidar og avanserte måleteknikker i komplekst terreng er lite utviklet, og det er behov for betydelig forskningsinnsats på området for å bidra til aksept av slike målemetoder i bransjen. Gjennom «Lidar in Complex Flow» skal vi utvikle robuste og etterprøvbare metoder for identifisering av områder hvor komplekse vindforhold kan opptre og gi høye belastninger på vindmøller. Identifisering av slike problematiske områder allerede i planleggingsfasen av nye vindparker vil derfor gi muligheter for betydelig reduksjon av kostnader i driftsfasen. Målingene vil også benyttes for å utvikle modelleringsverktøy som kan anvendes for å evaluere risikoen ved plassering av en vindturbin i et utsatt område, selv uten at målinger er gjennomført på forhånd. Fullskala målinger i svært komplekst terreng danne grunnlag for et datasett som skal brukes for validering av strømningsmodellene som skal utvikles i prosjektet. Gjennom Meventus engasjement i IEA Task 32, vil det arbeides for at metodeutviklingen i prosjektet være til nytte for hele vindkraftbransjen.