Richard Stevens kan helpen bij optimalisatie van windparken

Simulaties, gepubliceerd in het Journal of Renewable and Sustainable Energy, geven nieuw inzicht in de vraag wat de beste opstelling is voor windturbines in grote windparken. FOM Yes!-fellow dr. Richard Stevens, die momenteel aan de Johns Hopkins University (VS) werkt, heeft ontdekt dat de conventionele schaakbordopstelling van windturbines mogelijk niet de hoogste energieopbrengsten geeft.

Driedimensionale visualisatie van de windstroom in het gesimuleerde windpark. De blauwe gebieden laten zien waar de windsnelheid laag is. Deze gebieden zijn voornamelijk precies achter de turbines te vinden. (Bron: David Bock, NCSA, National Center for Supercomputing Applications en XSEDE, Extreme Science and Engineering Discovery Environment)

1/1

Gerelateerd nieuws

Bijeenkomst Platform Tandwielen op 25 april 2024

I/O-systeem ‘helpt’ Groot Barrièrerif

Gwneud yng Nghymru: 3 miljoen frequentieregelaars

'Princepeel' kiezen voor duurzaam

Het belang van windparken als bron voor schone, hernieuwbare energie neemt wereldwijd toe. Een belangrijke overweging bij de opstelling van deze windparken is het fysieke ontwerp - de onderlinge afstand tussen windmolens en de oriëntering van individuele windmolens. Met het juiste ontwerp kunnen producenten de efficiëntie maximaliseren en 'zogeffecten' (waarbij de draaiende bladen van de ene turbine de hoeveelheid energie in de wind die beschikbaar is voor de volgende turbine verminderen) minimaliseren.

Met een optimale opstelling kunnen turbines meer wind vangen, meer energie produceren en de inkomsten van het park vergroten. Met dit in hun achterhoofd gebruiken ontwerpers in deze bedrijfstak meestal eenvoudige computermodellen als hulpmiddel om de beste opstelling van de windturbines te bepalen. Dit werkt goed voor kleine windparken, maar bij grotere windparken neemt de nauwkeurigheid af. Dan beïnvloedt de zogeffecten van de ene turbine de zogeffecten van de andere en wordt het moeilijker om het netto-effect te voorspellen.

Schaakbordopstelling ter discussie

Een onderzoeksteam van de Johns Hopkins University (JHU) heeft nu een nieuwe manier ontwikkeld om zogeffecten te bestuderen, die rekening houdt met de luchtstroming binnen en buiten het windpark. De methode stelt de conventionele overtuiging dat een schaakbordopstelling van turbines de hoogste energieopbrengst geeft ter discussie. Hun onderzoek, dat beschreven wordt in een nieuw artikel in het Journal of Renewable and Sustainable Energy, verschaft nieuw inzicht in de factoren die bepalend zijn voor de meest gunstige opstelling. Dit inzicht is belangrijke voor ontwerpers van windparken, zodat ze deze in de toekomst zo kunnen inrichten dat de energieopbrengst het hoogst is, met name op plaatsen waar de wind vaak uit dezelfde richting komt.

"Het is belangrijk om rekening te houden met deze opstellingen in proefopstellingen", zegt Yes!- fellow dr. Richard Stevens, die het onderzoek heeft uitgevoerd met professor Charles Meneveau en universitair docent Dennice Gayme aan de JHU. "Als turbines in een suboptimale opstelling worden neergezet gaat dat ten koste van de hoeveelheid energie die geproduceerd wordt en de inkomsten van het park.

Hoe windparken momenteel worden ontworpen

Veel factoren spelen een rol bij het ontwerp van een windpark. De optimale opstelling van de turbines zal per locatie verschillen. Het specifieke ontwerp zal afhangen van de topologie van het landschap (vlak of heuvelachtig) en het jaarlijkse weerpatroon op die locatie. Ook politieke en sociale overwegingen kunnen een rol spelen bij de keuze van de locaties.

Om effecten in windparken te bestuderen, wordt meestal gebruik gemaakt van windparken waarin de turbines in rijen staan opgesteld, uitgelijnd in de richting de inkomende wind, of waarop de turbines staan in een schaakbord-opstelling, een zigzagpatroon waarbij elke rij windturbines zo gepositioneerd is dat de turbines in de ene rij tussen de openingen in de vorige rij doorkijken.

Meestal wordt de voorkeur gegeven aan de schaakbordopstelling, omdat in deze opstelling meer energie gewonnen wordt op een kleiner oppervlak, maar Stevens en zijn collega's hebben aangetoond dat deze opstelling in sommige gevallen verbeterd kan worden.

Ze hebben bijvoorbeeld ontdekt dat een hogere energieopbrengst behaald zou kunnen worden met een tussenvorm, waarbij elke rij net iets verschoven is ten opzichte van de ander rij - als een schaakbord dat iets uit het lood is gaan staan.

Yes!-fellowship

Dit onderzoek is gefinancierd door een Fellowship for Young Energy Scientists (Yes!) die toegekend is door FOM en door de National Science Foundation (VS). Doel van het Yes!-fellowshipprogramma is om een bijdrage te leveren aan de versteviging en voortdurende vernieuwing van de Nederlandse positie in het internationale energieonderzoek. Daarom biedt Yes! recentelijk gepromoveerde onderzoektalenten de mogelijkheid om maximaal drie jaar aan een buitenlands topinstituut op het gebied van energieonderzoek te verblijven. Bij terugkomst in Nederland kunnen de Yes!-fellows de kennis en ervaring die ze hebben opgedaan gebruiken om een nieuwe onderzoekslijn op het gebied van energieonderzoek op te zetten. In totaal zijn er vijf Yes!-fellowships toegekend tussen 2010 en 2013. Dr. Richard Stevens, die de vierde Yes!- fellowship kreeg, wordt begeleid door FOM-werkgroepleider prof.dr. Detlef Lohse (Universiteit Twente).

Large Eddy Simulation studies of the effects of alignment and wind farm length, Richard J.A.M. Stevens, Dennice F. Gayme & Charles Meneveau. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 1 April 2014. DOI: 10.1063/1.4869568.