Sociaal (economische) acceptatie van windenergie De rol van de technische wetenschappen (en bijbehorende formules…)
Gerard Schepers, lector Windenergie
Sociaal economische discussiepunten • • • •
Geluid Visuele impact Ecologie Kosten
Hoe lossen we dit op? Zo?
Of misschien toch zo??? B R r F arccos exp p 2 R sin tip
P=WT
2
Fax = CDax ½ r V2 p R2
B cl 0.5 Veff2c cos(f) =2 p r Vw2 2a(1-a) 1,2
Noise ~(WR)5 Tip speed ratio (l)=
1
WR V
0,8 Cdax
0,6
Cp 0,4 0,2
P = CP ½ r V3 p R2
0 0
0,2
0,4
0,6
Sociaal economische discussiepunten • • • •
Geluid Visuele impact Ecologie Kosten
Geluidsonderzoek: EU project Sirocco
• Geluidsbronnen geprojecteerd op rotorvlak van GE turbine op ECN testveld • Nieuwe (2006) meettechniek van NLR: o Akoestisch array (152 microfoons) • Meeste geluid aan buitenkant blad • Meeste geluid bij neergaande beweging
J.G. Schepers, A. Curvers , S. Oerlemans , K. Braun T. Lutz ,A. Herrig, W. Wuerz, A. Mantesanz, L. Garcillán ,M. Fischer ,K. Koegler T. Maeder SIROCCO: Silent rotors by acoustic optimisation Second International Meeting on Wind Turbine Noise, Lyon, France, September 20-21, 2007
Sirocco project: Geluidsreductie Nieuwe bladvorm (airfoils) en zaagtanden (serrations) aan buitenkant blad
reference
airfoil
serrations
Courtesy: Stefan Oerlemans, NLR reference
airfoil
serrations
12 dB
0 dB
*) J.G. Schepers et al Final report of EU project ‘Silant Rotors by Acoustic Optimisation’ ECN-E-08-015, 2008 7
Geluidsonderzoek uit (New)Mexico projecten • EU projecten, gecoordineerd door ECN • Duits-Nederlandse Wind tunnel (DNW)
– 9.5 x 9.5 m2 – Rotor diameter: 4.5 m o Druk en stromingsmetingen o Acoustische metingen
8
New MEXICO: Zaagtanden reduceren geluid
Effect of serrations (only 10%R covered)
Rotor noise variation with tip speed ratio (TSR) for 324 rpm
9
New MEXICO: Schone bladen reduceren geluid
Kunstmatige vervuiling op blad
Rotor noise variation with tip speed ratio (TSR) for 424 rpm
10
Geluid neemt sterk toe met toerental W
Geluid ~(WR)5 Toerental: 2x Geluid: 32x!
‘Noise reduced’ bedrijf
• Lager toerental gedurende nacht • Iets minder opbrengst: P = CP ½ r V3 p R2 • Veel minder geluid Normal operation
Noise Reduced operation
12
23-3-2016
Kennis opgenomen in Kennisbericht Geluid Mutltidisciplinair projectteam: • • • • •
RIVM AWS ECN Energy Academy Europe/RUG GGD GHOR Nederland
Doel: • • •
Dialoog tussen alle belanghebbenden Integreren van kennis en ervaringen van alle belanghebbenden Breed gedragen kennisbericht voor beleidsmakers op https://www.rijksoverheid.nl/documenten/rapporten/2015/07/22/bijlage1-pilot-kennisplatform-windenergie-kennisbericht-geluid-vanwindturbines
Sociaal economische discussiepunten • • • •
Geluid Visuele impact (Aantal Bladen!) Ecologie Kosten
Minder bladen(B): Hoger toerental (W) vanwege hogere snellopendheid l
2
λ=1
4
6
λ=3
8
10
λ=8
Snellopendheid (l) = W R V
λ > 15 Hoger toerental
15
Met deze formules kunnen we begrijpen waarom toerental hoog is bij weinig bladen (B)….
BR r F arccos exp p 2R sin tip 2
B cl 0.5 Veff2c cos(f) =2 p r Vw2 2a(1-a)
2 of 3 Bladen? Tandwielkastverhouding: Wgenerator/Wrotor Wgenerator ~ 1500 rpm
Voordeel 2 bladen • Hoger toerental • •
Lager koppel*) T: P=TW Lichtere tandwielkast
• Minder bladen(kosten)
W rotor~10-20 rpm
*) Koppel: Maat voor belasting op rotoras
2 of 3 Bladen? Voordeel 3 bladen
• Lager toerental: • Minder geluid • Rustiger beeld
– 2 Bladige turbines technisch- economisch optimaal, maar… – Ze zijn onverkoopbaar! (Althans op land…)
– Sociale overwegingen bepalen aantal bladen • technisch-wetenschappelijke kennis onontbeerlijk voor begripsvorming en realisatie
Sociaal economische discussiepunten • • • •
Geluid Visuele impact Ecologie Kosten
WT-Bird (foto’s ECN) Acoustic vibration monitoring
Triggered video registration
Triggering algorithm
WT BIRD, schieten van tennisballen om vogelaanvaringen te simuleren
Sociaal economische discussiepunten • • • •
Geluid Visuele impact (Ecologie) Kosten
Off-shore!!
The Dutch offshore wind farms (in operation and in preparatory phase) (Source: RvO)
4
7 1 7
Hollandse Kust Noord 700 MW (2019)
6
Hollandse Kust Zuid 2 x 700 MW (2017-2018)
5
Borssele 2 x 700 MW (2017-2018)
4
Gemini 600 MW (2016)
3
Luchterduinen 129 MW (2015)
2
Princes Amalia 120 MW (2007)
1
OWEZ 108 MW October (2006)
2 3 6
5
www.noordzeeloket.nl
Introduction to the Dutch offshore wind energy sector
Eerste Nederlandse off-shore parken Shell-NUON 36 x Vestas 3MW V90 108MW 10 – 18 km from the coast 18 m water depth Monopiles total investment appr. M€ 260
Photo: Jos Beurskens (We@Sea)
E-Connection Evelop 60 Vestas 2 MW V80 120 MW 23 km from coast 19 - 24 m water depth mono piles total investment appr. M€ 380
OWEZ
Princess Amalia
Photo: Jos Beurskens (We@Sea)
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Source: TUDelft Offshore Engineering, Wybren de Vries
25
2012-05
Beeld op OWEZ en Prinses Amalia picture Bert Janssen
Hoezo horizon vervuiling? Picture: Jos Beurskens
Luchterduinen park
• Luchterduinen wind farm: 129 MW (43 Vestas V112 (3MW) turbines)
Picture: Eneco
28
Gemini park
Gemini: 600 MW (150 Siemens 4MW turbines (D=130 meter)), 23-3-2016
29
Kosten windenergie Investeringskosten: Turbine plus installatie • On-shore: 1250 Euro/kW • Off-shore: 1800-2000 Euro/kW
Kosten/kWh (LCOE) sterk afhankelijk van locatie: • On-shore: 7 – 12.2 Eurocents/kWh • Off-shore: – 13.5 Eurocents/kWh (hwater < 10m) – 15 Eurocents/kWh (hwater > 10m gunstige locatie)
• ‘Conventionele energie’: 5-6 Eurocents/kWh (ofschoon…)
S. Lensink (ed), Conceptadvies SDE+2014, voor marktconsultatie, ECN-E-13-024, May 2014
Hoeveel is 1 kWh? 1 dag hard werken…..
23-3-2016
31
On-shore wind energie: Kostprijs ging eerste jaren sterk omlaag! M.Hand: Final report of IEA Task 25, Costs of Wind energy
To be published (M. Hand: Personal communication)
32
Off-shore windenergie: begin leercurve • Overheidsdoelstelling: kostenreductie van 40% in 2020 *) • Deze kostenreductie is haalbaar 1) en 2)
B. Bulder, P. Eecen, A vd Pal, J. Beurskens Offshore windenergie, onmisbaar en economisch verantwoord, ECN-O--15-039, Januari 2016 H.J.M. Beurskens, B.H. Bulder, P.J. Eecen, T.S Obdam, T.S.; A vd Pal, J.M. Peeringa, E.J. Wiggelinkhuizen Can we reduce the cost of energy by 40% in 2020? ECN-M--15-015, Maart 2015
*)Referentie 2010
Kostenreductie off-shore wind energie Omschrijving
Reductie LCOE
Opschalen wind turbine (10MW+), reductie specifiek vermogen hogere tipsnelheid
15%
Wind park lay-out, regeling op parkniveau, integraal ontwerpen (zie volgende slide)
6%
Kostenreductie voor projectontwikkelaar: socialiseren van exportkabel en trafo-station op zee.
10%
Risico vermindering, management en deling. Testen en demonstreren.
10%
Effecten van geoptimaliseerde onderhoudsstrategie op beschikbaarheid , hogere productie
3%
Totaal
41%
Dominante bijdrage van technologische innovaties
‘Integratie’ van kennis
Grotere afstand tussen turbines: • •
Minder zogeffect (goed!), maar… Duurdere kabel (fout!) € 130,00 € 128,00 € 126,00
Minimale kosten bij 9.2 rotordiameter afstand tussen turbines
€ 124,00
€ 122,00 € 120,00 € 118,00 € 116,00
€ 114,00 € 112,00 0
5
10
Wind Farm spacing
15
J.G. Schepers, E. Wiggelinkhuizen, Wei He, EERA-DTOC: How aerodynamic and electrical aspects come together in wind farm design, EERA-Deepwind conference. Trondheim, January 2014
Conclusies
1
€ 130,00
0,8
€ 125,00 Cdax
0,6
Cp
€ 120,00
0,4
€ 115,00
0,2
€ 110,00 0Wind 5Farm spacing 10 15
0 0
B R r F arccos exp p 2 R sin tip B cl 0.5 Veff2c cos(f) =2 p r Vw2 2a(1-a)
0,2
0,4
0,6
2
P=WT
Tip speed ratio (l)=
Noise ~(WR)5
On-shore: Stiller en mooier Off-shore: Goedkoop
Sociale acceptatie!
WR V
P = CP ½ r V3 p R2
VRAGEN?
Toegift: Ìnnovaties tbv grote windturbines • AVATAR (Advanced Aerodynamic Tools for lArge Rotors)!! • EU FP7 project met 13 prominente partners inclusief GE and LM Wind Power • http://www.eera-avatar.eu/ and https://www.ecn.nl/nl/nieuws/item/beprepared-the-most-advanced-aerodynamic-models-for-large-windturbines-are-coming/
23-3-2016
39
Pressurized German Dutch Wind Tunnel DNW-HDG
Author: M. Jacobs, DNW-GUK For informational use only, not to be referenced. Status of data and pictures included January 2012 Questions to
[email protected] FP7-ENERGY-2013-1/ n° 608396
40
HDG 2d Testing Marc h 16
Pressurized environment yields large Representive Reynolds numbers
General Tunnel Characteristics Test section : 60cmx60cm Fan Rpm : 200 – 820 Fan blade angle fixed Tunnel Pres. : 1 – 100×105 Pa Tunnel Temp. : ambient to 45°C
FP7-ENERGY-2013-1/ n° 608396
Test Section
Probe holder for hot wire
Sensicam & UV LED’s Flow visualization
Kulites 4 pressure side 1 suction side 3-componet Balance FP7-ENERGY-2013-1/ n° 608396
90 PTs at half span Wake rake 118 pitot tubes 6 pressure taps
Kostenreductie door belastingreductie 20-40% reduction in blade- en tower fatigue load
Photo: Jos Beurskens
”Smart” material variable trailing edge flap Rasmussen. DTU-Risø
