Naar nieuwe methodes voor ontwerp windturbines

Innovatieve rekenmethoden

De bevindingen zijn gepubliceerd in het rapport 'Towards the use of Large Eddy Simulations (LES) for the generation of the Atmospheric Boundary Layer (ABL) inflow for wind turbine load calculations (pdf)’, dat mede mogelijk is gemaakt door het ministerie van EZK via de Topsector Energie. Het onderzoek maakt deel uit van een project om windenergie op zee goedkoper te maken door innovatieve rekenmethoden voor het gedrag van wind te ontwikkelen. Het consortium, aangevoerd door TNO, bestaat verder uit Whiffle en GE Wind Energy GmbH.

Complexiteit atmosferische wind

“Het ging erom een realistischer model te maken van de prestaties en betrouwbaarheid van windturbines in de praktijk. Die zijn het gevolg van de aerodynamische interactie tussen de wind die en de bladen van de windturbine. De belastingen zijn sterk afhankelijk van de karakteristieken van het windveld. Atmosferische wind is complex en plaatsgebonden.

De huidige modellen zijn nog te simpel, gebaseerd op statistieken en aannames die niet representatief zijn voor de sterk variërende omstandigheden in een windpark. Er is nog een kloof tussen wat de ontwerpers van windturbines gebruiken voor hun berekeningen en wat er gebeurt als deze eenmaal is geïnstalleerd en operationeel is op zee of land”, zegt TNO-expert Simone Mancini.

Nieuwe inzichten

TNO en Whiffle werken al langer samen in het AeroLES-project, ‘Load calculation innovations using Large-Eddy-Simulations’. Hierin worden nieuwe rekenmethoden ontwikkeld en gevalideerd waarmee bij het ontwerp van nieuwe generatie windturbines rekening wordt gehouden met de complexiteit van echte atmosferische wind.

In het nieuwste onderzoek zijn de atmosferische modellen van Whiffle samengebracht met die van TNO over aerodynamica. Er zijn op drie plekken, op een heuvelrug in Duitsland, een vlakte in Nederland en op de Noordzee metingen uitgevoerd en gevalideerd. De uitkomsten bieden nieuwe inzichten voor ontwerpers van windturbines om deze efficiënter en goedkoper te maken.

Realistische atmosferische omstandigheden

Simone: “De bedoeling was de LES-simulaties op een hoger plan te tillen, zodat ontwerpers betrouwbaarder gegevens hebben over de verwachte belastingen op en prestaties van hun windturbine. Dat we een nieuwe methodologie hebben kunnen ontwikkelen is te danken aan de nu beschikbare enorme rekenkracht van grafische processoren. Hierdoor konden we realistische atmosferische omstandigheden vastleggen met onze LES-modellen tegen redelijke kosten. We zijn er overigens nog niet. De volgende fase is validatie van de nieuwe belastingsvoorspellingen aan de hand van reële belastingsmetingen van een turbine die TNO momenteel in het veld test. Maar de basis is nu gelegd.”