SKARV: Active wind turbine control for bird strike prevention

Utbygging av vindkraft kan bidra til nødvendig reduksjon av karbonutslipp fra kraftsystemet for å oppnå internasjonale nullutslippsmål. Samtidig er bærekraftig utvikling av vindkraftproduksjon avhengig av løsninger for å begrense negative miljøkonsekvenser. Hovedmålet med SKARV er å minimere negativ påvirkning fra vindkraftanlegg på fuglepopulasjoner. Prosjektet vil utvikle en driftsstrategi som kan redusere antall kollisjoner mellom fugl og vindturbiner. Dette skal oppnås ved å aktivt tilpasse rotasjonshastigheten på en vindturbin til den forventede bevegelsesbanen for fugler som nærmer seg vindturbinbladene. Dermed kan fuglekollisjoner unngås uten å stoppe vindturbiner når fugler beveger seg inn i en vindpark. For å minimere sannsynligheten for kollisjon med en fugl som nærmer seg en vindturbin, er det nødvendig å detektere fuglens bevegelsesbane samt å estimere den fremtidige posisjonen i forhold til vindturbinbladene. Samtidig må vindturbinens rotasjonshastighet reguleres for å unngå kollisjon uten å medføre unødvendige strukturelle belastninger. SKARV vil etablere det vitenskapelige grunnlaget for teknologi som kan unngå fuglekollisjoner ved aktiv regulering av vindturbiner og presentere en simulerings-basert demonstrasjon. En tverrfaglig framgangsmåte er nødvendig for å utvikle algoritmer for å forutsi fuglers bevegelsesbane og regulere turbinhastigheten. Resultatene fra prosjektet vil gi innsikt i hvilke fuglearter som har høyest risiko for kollisjon med turbinblader og hvorvidt deres bevegelsesbaner kan estimeres med tilstrekkelig nøyaktighet til å unngå kollisjoner. Koordinert utnyttelse av kunnskap innen reguleringsteknologi, ingeniørvitenskap og fugleøkologi vil være nødvendig for å gjennomføre prosjektet. På lang sikt kan SKARV-konseptet bidra til å muliggjøre storskala utvikling av vindkraftproduksjon med redusert økologisk påvirkning, og dermed støtte energiomstillingen som er nødvendig for å oppnå internasjonale klimamål.

SKARV aims to reduce collisions between birds and wind turbine blades by actively controlling the rotational speed of the turbine. This is a novel concept for minimising the negative impact of wind turbines on bird populations. Current post-construction minimisation measures to reduce bird collisions with wind turbines involve deterrents such as sounds and lights, and turbine curtailment. SKARV will be entirely imperceptible. The proposed solution minimises power production losses as well as disturbances to birds and biodiversity around wind farms. To enable this, several R&D challenges have to be addressed. For instance, the key challenge is how to derive a practical optimal control algorithm, which implements the collision-avoidance strategy in real-time, while limiting dynamic loads on the turbine structure and considering physical constraints of the system. The collision-avoidance strategy also requires the ability to predict the probability distribution of the bird's flight path ahead of time, based on current information about the bird altitude, position and velocity. Functional mitigation measures should be tailored to as many bird species as possible. However, this is a challenge, as bird species present different behaviour and morphology. Thus, it is important to understand the bird species that are at most risk from a collision with turbine blades, and to verify the control system behaviour for different flight patterns. This project will adopt an interdisciplinary approach to develop and evaluate the feasibility of the proposed control system, and conduct a dedicated study to reveal bird species that could be positively impacted by the control concept.