Ny kunnskap om vindskygge nedjusterer produksjonstallene for havvind

I forrige uke kunngjorde Ørsted at bedriften har endret sine langsiktige forventninger til inntjeningen i offshore-driften. Begrunnelsen var i usedvanlig grad av teknisk art.

I en konsernrapporten beskrev bedriften hvordan man historisk har undervurdert effekten av to vindskygge-fenomener rundt vindmølleparker, nemlig blockage- og wake-effekten. De to begrepene beskriver hvordan vindmøller i en vindmøllepark både skaper vindskygge innbyrdes for hverandre og foran hele vindmølleparken. Det betyr at man overvurderer vindmølleparkenes strømproduksjon – både historisk og i fremtiden.

På grunnlag av en sammenligning mellom eksterne analyser og egne, interne estimater vurderte Ørsted i konsernrapporten at man i bransjen generelt undervurderer den påvirkningen som blockage- og wake-effektene har.

Helt konkret har Ørsted tatt konsekvensen av denne nye kunnskapen, og nedskrevet den såkalte load-faktoren i løpet av levetiden fra 48–50 prosent til «rundt» 48 prosent for en definert europeisk portefølje av havvindmølleparker og anleggs- og utviklingsprosjekter. Load-faktoren er et uttrykk for hvor stor en del av tiden vindmøllen produserer ved sin nominelle effekt.

Ukjent inntil for 5–7 år siden

Wake-effekten – som kan oversettes med de vind-skyggene som vindmøllene skaper for hverandre – er godt kjent, og beskrevet og kvantifisert siden vindmølleparkenes barndom. Vindskyggene reduserer den årlige energiproduksjonen i en vindmøllepark med 10-15 prosent i forhold til hvis vindmøllene sto hver for seg.

Men blockage- eller blokkeringseffekten har man ifølge seniorforsker Niels Troldborg fra Danmatks Tekniske Universitet (DTU) Vindenergi, ikke tatt høyde for i de modellene man tradisjonelt bruker til å estimere den årlige energiproduksjonen fra en vindmøllepark.

– Dette er en effekt som man først har blitt oppmerksom på i forbindelse med vindmølleparker i løpet av de siste 5–7 årene, og vi dokumenterte faktisk effekten i en vitenskapelig publikasjon i 2017, sier han.

Mange bekker små...

Fenomenet skyldes at en vindmølle bremser opp vinden foran seg når den henter energi ut av vinden.

For en enkeltstående mølle er oppbremsingen nær null når avstanden til rotoren er mer enn 2,5 ganger diameteren. Men for en vindmøllepark er blokkeringseffekten imidlertid betydelig mye lengre oppstrøms. For selv om oppbremsings-effekten fra den enkelte vindmøllen i seg selv er liten, blir summen av alle bidragene ikke ubetydelig.

I praksis innebærer dette at møller som står nedstrøms reduserer produksjonen til de møllene de har foran seg. Det vil si at de møllene som står forrest i en vindmøllepark produserer mindre energi enn hvis de hadde stått alene. Men det er likevel snakk om reduksjoner i langt mindre skala enn ved wake-effekten. Ifølge Niels Troldborg reduserer blokkeringseffekten produksjonen i størrelsesordenen 1-3 prosent.

– Men i takt med at vindmølleparkene blir større, får fenomenet større betydning, legger han til.

Artikkel var vekker

Troldborg er enig med Ørsted i at vindmøllebransjen ikke har tatt høyde for fenomenet ved planlegning av vindmølleparker, mens man har vært helt klar over fenomenets eksistens for en enkeltstående mølle, når man foretar målinger som skal dokumentere vindmøllens produksjon; den såkalte effektkurven.

Ørsted henviser til en artikkel fra konsulentfirmaet DNV-GL fra 2018 som omtaler fenomenet, og også Troldborg kaller artikkelen en vekker for mange.

Artikkelen beskriver hvor mye vindhastigheten endrer seg på hver av tre vindmølleparkene på grunn av blockage-effekten:

– Jeg tror det har vært overraskende for mange at vindmøllene rent faktisk «snytes» for en del vind og derfor mister en del produksjon, forklarer han.

Enkle modeller må oppdateres

DTU Vindenergi har arbeidet med vindmølleparkmodeller i mange år, og flere av disse brukes også av industrien.

De modellene som DTU Vindenergi har utviklet, spenner fra enkle og raske til mer avanserte modeller som kan forutsi både wake- og blokkeringseffekter. Men det er primært de enkle modellene som brukes av industrien, og de tar i dag ikke høyde for blokkeringseffekten:

– Først nylig gikk det opp for meg at noen av de enkle vindmølleparkmodellene ikke tar høyde for blokkeringseffekten. Så nå bør man gå i gang med å oppdatere disse modellene, sier seniorforsker Niels Troldborg.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter og gjøres tilgjengelig for abonnenter av TU Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.