Lidar and Advanced Simulation Methods for Evaluation of Complex Flow Features

Moderne vindmøller er utviklet i land som Danmark og Tyskland, hvor landskapet stort sett er ganske flatt. Når disse vindmøllene skal settes opp i den norske fjellheimen er det klart at ting blir annerledes. Vind er et tredimensjonalt fenomen. Alle som har vært i nærheten av en værhard klippe i stiv kuling vet at vinden kan blåse både oppover, nedover og endre retning på kort tid. Mange av de nye vindparkene som skal bygges i tiden frem mot 2020 skal plasseres på eller i nærheten av slike værharde klipper, og vindmøllene vil oppleve at vinden er ganske mer kompleks enn den er i på de nord-jyske heder. Det er vanskelig å måle vind på en nøyaktig måte, og de fleste målinger gjøres i et enkelt punkt. Siden en vindturbin fanger vinden i et stort område, vil vindforholdene som det roterende bladet opplever endre seg mye over svært kort tid. Normalt benyttes matematiske og statistiske modeller for å beskrive hvordan vindforholdene er i det området hvor vindturbinen opererer. I prosjektet "Lidar in Complex Flow" har vi brukt nye og kraftige laserbaserte instrumenter måler vinden, ikke bare i et punkt, men langs hele den linjen som laserstrålen lyser langs. Ved å la laseren sveipe over større flater, kan vi få en beskrivelse av den en-dimensjonale vindhastigheten langs hele det to-dimensjonale planet som laseren beskriver. Videre har vi koblet den en-dimensjonale målte hastigheten med en tre-dimensjonal strømningsmodell. Dette gir oss en utvidet forståelse av hvordan vinden oppfører seg i den norske fjellheimen. Verktøyene som er utviklet i prosjektet gir oss mulighet til å bestemme hvordan vindmøllene bør plasseres slik at de lager mest mulig strøm over mange år uten å blåse i stykker.

«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.