OPWIND: Operational Control for Wind Power Plants

Vindkraft bygges i dag hovedsakelig som store vindparker eller klynger av vindparker, offshore eller land-basert. Det er fokus på miljøavtrykk, å redusere kostnadene og å øke lønnsomheten. Dette kan oppnås gjennom optimalisering av design, drift og vedlikehold, og styring av vindparken. OPWIND fokuserer på sistnevnte. Som et eksempel, i tilfelle elektrisitetsprisen er lav kan det være lønnsomt å redusere produksjonen fra de tyngst belastede turbinene for derved å spare vedlikehold. Denne type dynamisk styring av vindparker krever imidlertid bruk av nye avanserte sanntidsmodeller. OPWIND har adressert denne forskningsutfordringen med utvikling av kunnskap og verktøy for optimalisert styring av vindkraftverk med mål om reduserte kostnader og økt lønnsomhet. Arbeidet er delt inn i fire arbeidspakker (WP): WP1 har utviklet en detaljert numerisk simuleringsmodell av vindkraftverk. I WP2 er det utviklet modeller som beregner det tidsvarierende vindfeltet i en vindpark. Resultatene fra WP1 og WP2 er kombinert i WP3 til implementering av modellbaserte reguleringssystem for styring av vindparker. I WP4 er modellene evaluert gjennom casestudier som er gjennomført i dialog med brukerpartnere. OPWIND er gjennomført planmessig (2017-2021) med ledelse av SINTEF Energi og med SINTEF Digital og NTNU som forskningspartnere. Det er oppnådd svært gode forskningsresultat. Brukerpartnere har vært Equinor, Kongsberg Digital, Vestas, Vattenfall, og Meteorologisk institutt. Disse har bidratt aktivt gjennom deltagelse i prosjektets styringskomite som har hatt møter to ganger i året, og gjennom interaksjon direkte knyttet til casestudier eller annen forskningsaktivitet. I forbindelse med styringskomitemøtene har det også vært arrangert møter med forskere fra DTU (DK), University of Strathclyde (UK) og NREL (USA) som har bidratt for egen regning i diskusjon og med utveksling av åpne resultat som assosierte forskningspartnere. OPWIND er koordinert med relevant internasjonal aktivitet som EU FoU-prosjektet TotalControl, FarmConners, CONWIND, EERA JP wind energy og IEA Wind Task 37 Wind Energy Systems Engineering. SINTEF Energi er med i ledelsen av disse aktivitetene og sørger gjennom dette for koordinering med OPWIND. Prosjektet har bidratt til å flytte forskningsfronten innen vindparkstyring. Totalt har prosjektet resultert i 21 artikler i internasjonale fagfellevurderte tidsskrift og 17 presentasjoner, rapporter og innlegg i media. Resultatene gir grunnlag for fortsatt forskning og innovasjon innen vindparkdesign og styring. Vindparkdesign og styring er svært viktige områder for norske vindparkutviklere, enten det er offshore eller på land, i Norge eller internasjonalt. Modellene og verktøyene som er utviklet kan benyttes i prosjekt med industrien for å optimere design og styring av vindparker, og de kan utvikles videre gjennom forskningsprosjekt. Utnyttelsen av resultatene fra prosjektet vil gi bedre vindparker, med redusert kostnad og dermed akselerert utbygging av utslippsfri energi og tilhørende reduserte klimagassutslipp. Resultatene fra OPWIND er et viktig konkurranseelement for utviklere av vindparker, og kan bidra til stor verdiskapning for selskapene og samfunnet generelt.

The project has resulted in advancement of the knowledge and tools for optimizing the operation of wind farms. The results are at the international forefront of research and published in internationally acclaimed peer-reviewed journals. It gives a basis for continued research and innovation within the field of wind farm design and control. These are both highly relevant topics for wind farm developers, on land or offshore, in Norway or internationally. The models and tools developed can be applied in projects with industry to optimize design and operation of wind farms, and they can be developed in research projects. Ultimately, the impact of the project is optimized wind power plants, reducing costs and accelerate deployment to provide clean energy and fight climate change. The competence developed can be utilized as an important competitive element to win wind farm contracts and give large value creation for commercial companies and the society in general.

Wind energy are today developed mainly as large wind farms or clusters of wind farms, offshore or land-based. Attention is on reducing costs and increasing profitability. This can be achieved through design optimization, but also by optimizing the operation and maintenance. The focus of OPWIND is the latter. State-of-the-art wind power plants (WPP = wind farm or cluster of wind farms) apply advanced monitoring and control functions, but not optimized in terms of at all times maximizing the power production balanced against turbine loading and electricity price. This latter requires the use of real time dynamic models of WPP and wind flow interaction, and combining these with monitoring data of WPP operation to calculate the optimized dispatching of relevant control set-points between the wind turbines. OPWIND will address this research challenge to develop knowledge and tools for optimized operation and control of wind power plants, reducing costs and increasing profitability. The work is organized into four work packages each addressing a distinct research challenge: WP1 will develop a scalable state-space model of a wind power plant, for modal analysis, simulation, state observation, and control design at the plant level. In WP2 research will be undertaken to bridge the gap between high fidelity atmospheric simulations and real-time applications. Tools developed in WP1 and WP2 will be integrated in WP3 to deliver a unified atmosphere/wind power plant model for analysis and real-time control. In WP4, the models are applied and validated by case studies in dialogue with the user partners, possibly including an experimental campaign at a wind test site. OPWIND is timely and highly relevant. It will link with the international research community through EERA JP wind and IEA Wind Task 37, and it will create useful results for society at large and the user partners in particular, including wind farm operators, service providers and OEMs.