Eine neue Studie stellt fest, dass die Langstrecken-Wachstumsverluste vor der Küste viel größer sind als erwartet

(WK-intern) – ArcVera Renewables hat in seiner neuen Studie anhand einer validierten High-Fidelity-Langstrecken-Nachlaufverlustmodellierung festgestellt, dass häufig verwendete technische Nachlaufmodelle Energieverluste aufgrund externer Nachläufe weit unterschätzen.

ArcVera fordert eine weitere kritische Erforschung der Nachlaufverluste von Offshore-Windanlagen über große Entfernungen.

Eine kürzlich von ArcVera Renewables durchgeführte Studie bestätigt die starke Unterschätzung von weitreichenden Nachlaufverlusten durch technische Nachlaufverlustmodelle, die allgemein verwendet werden, und untersucht das Langstrecken-Nachlaufverlustpotenzial an den Offshore-Entwicklungsstandorten von New York Bight. Geschwindigkeitsdefizite von bis zu 1 m/s oder 10 % bleiben bis zu oder mehr als 100 km vor dem Wind großer Offshore-Anlagen bestehen, was zu weitreichenden Energiedefiziten führt, die viel größer sind als von den meisten Fachexperten in der Branche erwartet.

Verbesserung der Risiko- und Betriebsleistungsbewertung von Windanlagen

Die Methodik von ArcVera zur Nutzung des Weather Research and Forecasting (WRF)-Modells, eines fest etablierten, hochpräzisen numerischen Wettervorhersagemodells, ist die Kernkompetenz des Unternehmens. Die Windparkparametrierung (WFP) wurde dem Modell hinzugefügt, um die Auswirkungen der Windkraftanlagen in der Domäne zu berücksichtigen.

Die Führung von ArcVera konzentriert sich darauf, was die Ergebnisse für die zukünftige Prognose der Windenergieproduktion und das Verständnis von Anlagenrisiken und Betriebsleistung bedeuten. „Diese neue Studie liefert eine wichtige warnende Lektion, da die Windindustrie weltweit zu immer größeren Windturbinenmodellen mit größerer Parkdichte übergeht. Die Ergebnisse von WRF-WFP hier zeigen, dass technische Nachlauf- oder WFAI-Modelle derzeit langreichweitige Nachlaufverluste deutlich unterschätzen. Unerwartete Verluste werden wahrscheinlich durch Windparks entstehen, die einst als zu weit entfernt galten, um für die Projektleistung wesentlich zu sein“, kommentierte Greg Poulos, CEO von ArcVera Renewables.

ArcVera hat sich mit der Forschungsgruppe von Professor Julie Lundquist an der University of Colorado beraten, um die Unsicherheit in diesen Modellvorhersagen von großen, langreichweitigen Nachläufen zu berücksichtigen. Mehrere Empfindlichkeitstests gegenüber Modellkonfigurationsparametern zeigen, dass die obigen Ergebnisse die schwächsten Nachläufe aller getesteten Konfigurationen erzeugen.

Weitere Forschung ist erforderlich

Technische Modelle, die üblicherweise zur Schätzung von Nachströmungen verwendet werden, wurden für interne Nachströmungen und nahe gelegene externe Nachströmungen validiert, wurden jedoch nicht regelmäßig auf so große Entfernungen validiert und wurden überhaupt nicht für große Typenschilder (> 12 MW) und Rotordurchmesser (> 200 m) validiert. Windräder.

Andererseits wurde das WFP in WRF anhand der SCADA-aufgezeichneten Produktion für einen Onshore-Fall von ArcVera validiert, und es war in Bezug auf Langstrecken-Wachstum innerhalb von 16 % in einem Bereich von 5 km (50 Rotordurchmesser) genau. Dieses Tool wird aktiv genutzt, um Risiken zu reduzieren und das Design von Windparks zu optimieren.

„In der Onshore-Validierungsstudie, die wir in Iowa, USA, durchgeführt haben, wurde festgestellt, dass sich Kielwasser unter stabilen atmosphärischen Bedingungen über 40 km über Land bewegen. Über dem Ozean ist es üblich, dass die atmosphärische Stabilität verbessert wird, insbesondere wenn ein warmer Luftstrom über kälteres darunterliegendes Wasser strömt. Wir vermuten auch, dass die sehr großen Turbinen, die in der Studie verwendet wurden, ungewöhnlich starke Nachströmungen erzeugen, die ihren verlorenen Schwung nicht leicht wiedererlangen können, insbesondere unter Bedingungen mit verbesserter atmosphärischer Stabilität“, kommentierte Mark Stoelinga, der Atmospheric Science Innovation bei ArcVera leitet.

ArcVera begrüßt die Eigentümer und Betreiber solch großer Offshore-Windanlagen, mit ihnen zusammenzuarbeiten, um die Forschung voranzutreiben und den Erfolg der globalen Offshore-Windentwicklung zu steigern.

A new study finds long-distance wake losses offshore to be much greater than expected

Using validated, high-fidelity long-range wake loss modeling, ArcVera Renewables found in their new study that commonly used engineering wake models vastly underpredict energy losses due to external wakes. ArcVera calls for further critical research into long-distance wake losses of offshore wind plants.

A recent study by ArcVera Renewables confirms the severe under-prediction of long-range wake losses by engineering wake loss models in common use and investigates long-range wake loss potential at the New York Bight offshore development sites. Velocity deficits, as high as 1 m/s or 10%, persist up to or greater than 100 km downwind of large offshore arrays, leading to long-range energy deficits much greater than expected by most subject matter experts in the industry.

Improving wind asset risk and operational performance assessments

ArcVera’s methodology of utilizing the Weather Research and Forecasting (WRF) model, a firmly established high-fidelity numerical weather prediction model, is the company’s core expertise. The Wind Farm Parameterization (WFP) was added to the model to account for the effects of the wind turbines in the domain.

ArcVera’s leadership is focused on what the results mean for future forecasting wind energy production and understanding asset risk and operational performance. “This new study provides an important cautionary lesson as the wind industry proceeds to ever-larger wind turbine models with greater farm density across the globe. WRF-WFP’s results here show that engineering wake or WFAI models currently under-predict long-range wake losses by a significant margin. Unexpected losses are likely to accrue from wind farms once thought to be too far away to be material to project performance,” commented Greg Poulos, CEO of ArcVera Renewables.

ArcVera consulted with Professor Julie Lundquist’s research group at the University of Colorado to consider the uncertainty in these model predictions of large, long-range wakes. Several tests of sensitivity to model configuration parameters show that the above results produce the weakest wakes of all the configurations tested.

Further research is needed

Engineering models commonly used to estimate wakes have been validated for internal wakes and nearby external wakes but have not been validated regularly at such long distances and have not been validated at all for large nameplate (> 12 MW) and rotor diameter (> 200 m) wind turbines.

On the other hand, the WFP in WRF has been validated against SCADA recorded production for an onshore case by ArcVera, and it was accurate with respect to long-distance wakes within 16% at a 5-km (50 rotor diameter) range. This tool is actively used to reduce risk and optimize wind farm design.

“In the onshore validation study that we conducted in Iowa, USA, wakes were found to travel over 40 km overland, in stable atmospheric conditions. Over the ocean, it is common for atmospheric stability to be enhanced, especially when warm air flow passes over colder underlying water. We also surmise that the very large turbines used in the study produce unusually strong wakes that cannot easily recover their lost momentum, especially under enhanced atmospheric stability conditions.”, commented Mark Stoelinga, who leads Atmospheric Science Innovation at ArcVera.

ArcVera welcomes the owners and operators of such large offshore wind facilities to collaborate with them to move the research forward and elevate the success of global offshore wind development.

Read the study on ArcVera’s website.

About ArcVera Renewables

ArcVera Renewables provides finance-grade consulting and technical services for wind, solar and storage projects worldwide. For the last four decades, ArcVera Renewables has been dedicated to delivering next-generation innovation in renewable energy to meet the needs of landowners, project developers, investors, project owners and operators globally. We provide technically sound and accuracy-driven technical services, including prospecting and resource assessment, independent technical and financial engineering, as well as plant optimization, operations and repowering. 

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PR: ArcVera Renewables

Offshore-Windpark – Fotomontageg / Grafik: HB