GRASP-analyse van de Eemshaven levert nieuwe inzichten

Met de groeiende offshore windcapaciteit, als onderdeel van onze energietransitie, zijn er de afgelopen jaren verschillende modelstudies gedaan naar het windklimaat op de Noordzee. Als onderdeel van het WINS50 project (“Winds of the NorthSea in 2050”), door KNMI, TUDelft en Whiffle, heeft Pondera meegewerkt aan een case studie voor windpark Strekdammen. Naast het bijdragen aan een beter begrip van de wind op zee en daarmee de onzekerheid in toekomstige scenario’s verkleint, levert het ook interessante inzichten op over lokale windcondities.

Waarom is er voor deze case studie gekozen?

Als onderdeel van het WINS50 project is het HARMONIE-model met windturbines erin op 2,5 bij 2,5 km resolutie gedraaid voor de Noordzee (inclusief de wind op land). De resultaten van dit model moeten echter worden gevalideerd tegen windmetingen, welke niet vaak (publiek) voor handen zijn. Pondera heeft daarom winddata beschikbaar gesteld die zij in dit gebied heeft opgedaan.

Het lastige van de locatie Eemshaven is dat de windmetingen (ten behoeve van nieuw te bouwen windturbines) op de kustlijn zijn uitgevoerd. Aangezien er op de kustlijn grote verandering in de wind (snelheid, toename met de hoogte etc.) plaats vinden, kan het grove 2,5 km grid van HARMONIE hier niet goed mee uit de voeten. Daarnaast waren de metingen zelf deels beïnvloed door reeds aanwezige windturbines. Om de wind en windsnelheidsreductie door de windturbines te bepalen en daarvoor te corrigeren, hebben we een aanvullende 100×100 m modelstudie met het GRASP-model uitgevoerd (figuur 1).

Figuur 1. (A) Overzicht van de windturbines van Windpark Strekdammen, (B) Overzicht van de Eemshaven windturbines en het model domein. De meetdata van de LiDAR locaties Yard, Strekdammen en Oudeschip zijn gebruikt om de GRASP model resultaten te valideren.

Wat is de toegevoegde waarde van de windturbines in GRASP?

We hebben de GRASP-resultaten met de metingen van de 3 LiDAR-locaties gevalideerd. Figuur 2 laat de resultaten voor Strekdammen zien. De afname van de windsnelheid door de benedenstroomse windturbines is duidelijk te zien vanuit het verschil tussen de LiDAR windmetingen en GRASP zonder windturbines. Zonder de windturbines in GRASP wordt de windsnelheid vanuit deze hoeken met gemiddeld bijna 2 m/s overschat. De model resultaten van GRASP met windturbines liggen dicht bij de gemeten waarden. Hiermee kunnen we dus een realistischer beeld vormen van het lokale windklimaat.

Figuur 2. Het linker figuur laat de windsnelheidsverschillen zien, gemiddeld over 15 graden rond hub-hoogte (100 m), voor de meetperiode van Strekdammen. De onderste rode lijn laat de verstoorde wind richtingen zien (met benedenstrooms de windturbines). De blauwe, gele en rode lijn zijn de LiDAR-metingen, GRASP zonder windturbines en GRASP met windturbines. In het rechter figuur zijn de wind profielen te zien met de 0,3-0,7 kwantielintervallen. De profielen van de metingen en het GRASP model met windturbines komen goed overeen.

Wat kunnen we leren van de GRASP-model resultaten?

We hebben de windsnelheden gemodelleerd in GRASP met en zonder windturbines erin, wat de mogelijkheid biedt om de reductie in windsnelheid te analyseren. Figuur 3 laat dit verschil zien voor zuidwestelijke windrichtingen. Door de twee modelvelden van elkaar af te trekken zien we het gemiddelde ‘wake’ effect, welke tot kilometers buiten de kustlijn duidelijk zichtbaar is. Het wake effect is, zoals verwacht, tussen de windturbines het sterkste (hier waait het gemiddeld 2,5 m/s zachter gedurende de gemodelleerde dagen). We hebben nog verder in detail naar het wake-effect gekeken en een model gebouwd om de wake naar benedenstrooms te volgen. Zo kunnen we onder meer kijken hoe vaak er wakes zijn binnen het modeldomein en hoe de windsnelheid zich herstelt achter de turbines. Hiermee kunnen in het vervolg opbrengstverliezen van nieuwe turbinelocaties nauwkeuriger berekend worden.

Figuur 3. Verschil tussen de GRASP model windsnelheid met en zonder windturbines voor zuidwestelijke wind richtingen. De negatieve snelheidsverschillen laten het gemiddelde ‘wake’ effect zien, welke tot kilometers buiten de kustlijn duidelijk zichtbaar is. Tussen de windturbines waait het gemiddeld 2.5m/s zachter (o.b.v. de gemodelleerde dagen).

Zijn er plannen voor vervolgstudies?

Met GRASP kunnen we advies op maat geven. GRASP wordt op dit moment al ingezet voor veel verschillende typen projecten om dit soort complexere windlocaties beter te begrijpen. Iedere locatie is uniek en er zal een op maat te bepalen modeldomein krijgen, zodat bijvoorbeeld omliggende windparken meegenomen worden. Er liggen voor toekomstige projecten genoeg nieuwe uitdagingen waar we samen met Whiffle aan kunnen gaan werken.