WINDENERGIE Lessenreeks Oostende Luc Dewilde,
Stappen in de ontwikkeling van een project
Analyse grondgebied
Windtechnisch
Ruimtelijk
Quick scan van de locatie
bewoning, luchtvaart, natuur, spoorwegen, bestemmingsplannen etc. Technisch, netaansluiting, toegangswegen, bodem etc.
Contact grondeigenaren
Pre feasibility study
Windaanbodberekening
Inschatting kosten
1
Stappen…/….
Feasibility
Selectie van fabrikanten
Milieu impact study (MER, Milieunota)
Bodem, lucht, geluid, slagschaduw, visuele aspecten animatie, zichtbaarheidsonderzoek, risico analyse, natuur algemeen, vogels
Windmetingen of gedetailleerde berekeningen Keuze van de turbine in functie van de site en economische parameters
Bouwvergunningsdossier (functie van het gebied)
Milieuvergunningsdossier
Stappen …/...
Aanvraag netaansluiting+ stroomcontracten PPA
Economische analyse
Onderhandeling met fabrikant
Bestelling
Bouw
Oplevering
Exploitatie
2
Overzicht 1 Nederland
Duitsland
België
Residentiële zones
300-500m
750m
150-250m
Recreatiegebieden
300-500m
500m
eventueel toegelaten
Landbouwgebieden
In balansgebieden
prioritaire gebieden
niet (behalve RUP)
Solitaire woningen
niet vastgelegd
300m
150-250m
Straalpaden
100m
100m
niet gedefiniëerd
Bossen
kan maar niet in 200m ecologische hoofdstructuur ,minister
niet gedefiniëerd maar over het algemeen is een bos een natuurgebied
Overzicht 2 Bossen
kan maar niet in ecologische hoofdstructuur ,minister
200m
niet gedefiniëerd maar over het algemeen is een bos een natuurgebied
Nationale wegen
afhankelijk van het risico. Zie rijkswaterstaat, NS rail.
Turbinehoogte met een minimum van 50m
Niet gedefinieerd
Luchthavens
500m
exclusiezone rond luchthaven
advies RLW + Mil1
Turbinehoogte
50 m minimum afstand
Spoorwegen
op basis van risicoanalyse opgesteld door NS rail
Totale hoogte
wieken niet boven de spoorweg
Exclusiezone voor natuurgebieden
200 tot 500m
afhankelijk van situatie, soms met compensatie
500-700m
Hoogspanningsleidin gen
3
Regionale windkaart vb Henegouwen
Energetische optimalisatie
4
Ruimtelijke kaart: vb Windplan
Luchtvaartkaart
5
Impactstudie: Geluid
De formule voor de dB(A) schaal is: , met I de geluidsintensiteit van de geluidsbron in [W/m²]. Voorbeeld: een geluidsniveau van 100.0 dB(A) komt overeen met een geluidsintensiteit van 10-2 W/m². Een verdubbeling van deze geluidsintensiteit tot 2.10-2 W/m² komt overeen met een geluidsniveau van 103.0 dB(A). Tabel 1 Samengesteld geluidsniveau uit twee verschillende geluidsbronnen
dB(A) dB(A) 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
44.0 44.5 45.1 45.8 46.5 47.2 48.0 48.8 49.6 50.5
44.5 45.0 45.5 46.1 46.8 47.5 48.2 49.0 49.8 50.6
45.1 45.5 46.0 46.5 47.1 47.8 48.5 49.2 50.0 50.8
45.8 46.1 46.5 47.0 47.5 48.1 48.8 49.5 50.2 51.0
46.5 46.8 47.1 47.5 48.0 48.5 49.1 49.8 50.5 51.2
47.2 47.5 47.8 48.1 48.5 49.0 49.5 50.1 50.8 51.5
48.0 48.2 48.5 48.8 49.1 49.5 50.0 50.5 51.1 51.8
48.8 49.0 49.2 49.5 49.8 50.1 50.5 51.0 51.5 52.1
49.6 49.8 50.0 50.2 50.5 50.8 51.1 51.5 52.0 52.5
50.5 50.6 50.8 51.0 51.2 51.5 51.8 52.1 52.5 53.0
Geluid van een windturbine
De geluidsemissie van windturbines heeft twee oorzaken:
een mechanische oorsprong, Mechanische geluid ontstaat door de beweging van metalen onderdelen over en tegen elkaar. Dit lawaai is vooral afkomstig van de tandwielkast (transmissie), de lagers en van de generator van de windturbine. een aerodynamische oorsprong. Indien het oppervlak van de wiek zeer glad is (wat trouwens vereist voor aerodynamische redenen), dan zal dit oppervlak een beperkte hoeveelheid geluid genereren. Het grootste deel van het aerodynamische geluid van de wieken van de windturbine is echter afkomstig van de achterzijde van de wiek (de trailing edge). Beschadiging=Tonaliteit !!
6
Bronvermogen: enkele voorbeelden
Van bron naar waarneming
7
Voorbeeld
Bronvermogen van een windturbine
8
Hoe wordt het bronvermogen bepaald
Metingen via gestandaardiseerde IEC procedure
Omrekening naar ‘sound power level’
Bronsterkte naar geluidsdruk Deze ISO norm is sterk gelijkend aan de Duitse VDI norm. De basisvergelijking van de ISO 9613-2 norm voor de bepaling van de windafwaarts geluid is: Lp(downwind) = Lwpoint + Dc - A Met: Lwpoint: bronlawaai van de windturbine [dB(A)] Dc: ruimte reflectie waarde (+/- 3.0 dB(A)) A is geluid t.g.v. verschillende effecten. A is gedefinieerd als: A = Adiv + Aatm + Aground + Abar + Amisc Adiv: geometrische divergentie (= 10 log (4πr2)), met r de afstand tussen de geluidsbron en de waarnemer. De waarnemer bevindt zich op 5 m boven het maaiveld. Aatm: atmosferische absorptie = αr, met r de afstand tussen de geluidsbron en de waarnemer, α is een constante en bedraagt 0.001905 dB(A)/m. De atmosferische absorptie is sterk afhankelijk van de afstand tot de geluidsbron, de relatieve vochtigheid en de luchttemperatuur en in mindere mate van de luchtdruk. Aground: bodem en geometrische demping (grondeffect) = Max[(0, 4.8-(hqha)/r(17+300/r)], met hq= ashoogte, ha=berekeningshoogte (5 m), r de afstand tussen geluidsbron en waarnemer Abar: reflectie t.g.v. obstakels Amisc: reflectie of absorptie door diverse effecten (wordt hier gelijk aan 0 gesteld) Het bekomen geluidsniveau kan verbeterd worden met een meteorologische coëfficient die rekening houdt met de invloed van de weersomstandigheden.
9
Richtwaarden
Tabel 1 Richtwaarden voor omgevingsgeluid in open lucht (enkele voorbeelden) Gebied Landelijk gebied en gebieden voor verblijfsrecreatie Woongebieden en landelijke gebieden op minder dan 500 m van industriegebieden Industriegebieden
Overdag (7-19 u)
Avond (19-22 u)
Nacht (22-7 u)
40 dB(A)
35 dB(A)
30 dB(A)
50 dB(A)
45 dB(A)
45 dB(A)
60 dB(A)
55 dB(A)
55 dB(A)
Geluidscontouren ISO 9613-2 standard Noise Certificate according to IEC
10
Superpositie
Toelaatbare geluidsdruk in functie van windsnelheid
50
LAeq/L95 [dBA]
45
40
35
30 LAeq (w indturbine) Lref NCW 25 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
w indsnelheid op 10 m hoogte [m/s]
11
Maatregelen om de geluidsdruk te verminderen
Gebruik van isolerende materialen in de gondel
Reductie van het toerental
Instelling van de bladhoek
Speciale uitvoering van de tandprofielen bij de tandwielkast. Aandacht voor invertoren/hulpmotoren ed.
Voorbeeld : Zeebrugge
12
13
Schaduw en reflectie
Slagschaduw
Bij het ontwerp van het windpark, de inplanting van de windturbines, dient met de mogelijke hinder t.g.v. slagschaduw rekening gehouden te worden De oppervlakte van de schaduwprojectie van de rotor zal het grootste zijn kort na zonsopgang en kort voor zonsondergang, wanneer de zon het laagste staat boven de horizon. Evenzeer zal de schaduwprojectie van de windturbine het verst reiken in de winter wanneer de zon het laagst staat t.o.v. de horizon. Elke positie op aarde wordt gekarakteriseerd door een unieke zone van slagschaduw veroorzaakt door de windturbine. Dicht bij de evenaar, lijkt deze zone op de vorm van een vlinder. Dicht tegen de polen verandert deze vorm meer naar een cirkel.
14
Slagschaduw, worst case Theoretische voorspelling kan gemaakt worden van de waarschijnlijkheid dat slagschaduw op een bepaalde positie zal optreden, wanneer dit zich voordoet en hoelang de flicker zich voordoet. Enkel is niet op voorhand te voorspellen of er op deze tijdstippen wind zal zijn, en als er voldoende wind is wat de windrichting zal zijn. Er kan echter wel een “worst-case” scenario berekend worden, i.e. een theoretische situatie waarin de zon altijd schijnt tussen zonsopgang en zonsondergang, de windsnelheid steeds voldoende hoog is zodat de windturbines steeds operationeel zijn (beschikbaarheid 100%), en dat de windrichting steeds de stand van de zon volgt, zodat de schaduwprojectie van de draaiende rotor op het grondvlak of op andere structuren maximaal is.
Real case berekeningen
Random windrichting
Vaste windrichting
Operationele uren
Obstakels
Werkelijk aantal zonneschijnuren
Werkelijke slagschaduwtijden
15
Werkelijke uren zonneschijn
Slagschaduw •Max 17 days/year •Max 20 Min/day •Up to 12 D
16
Slagschaduw
Voorbeeld Zeebrugge
17
Maatregelen om slagschaduw te beperken
Berekenen van de kalender
Plaatsen van een instralingsmeter
Stoppen van de turbine gedurende een bepaalde tijd (meerekenen in opbrengst = risico)
Foto montages
•Hoogtelijnen •digitale fotos •Geografische coordinaten •referentiepunten
18
VISUALISATION
ZONES OF VISUAL INFLUENCE
19
Certification
WIND TURBINE CLASSES (IEC 61400-1) Class
I
II
III
Vref
50
42.5
37.5
Vav
10
8.5
7.5
I15 (A)
0.18
0.18
0.18
I15 (B)
0.16
0.16
0.16
S
20
Bepaling extreme windsnelheden
Referentie metingen
21
Risico analyse
PR plaatsgebonden risico van een persoon op de locatie Kans dat een gebouw wordt getroffen door vallende turbine
Kans dat een gebouw wordt getroffen door onderdeel
Indirecte risicos
Faalscenario’s
bladbreuk tijdens normaal bedrijf, 4.2 10-4/ Jr
bladbreuk tijdens remactie 4.2 10-4/ Jr
bladbreuk tijdens overtoeren 5.0 10-6/ Jr
Mastbreuk 1.3 10-4/ Jr
afvallen gondel 3 2 10-4/ Jr
RISICOANALYSE
Werpmodellen
Ballistisch model zonder luchtkrachten
Ballistisch model met lift en of driftkrachten
22
Voorbeeld Contour
Afstand 1.5 MW
Afstand 2.5 MW
PR 10-5
34m
44m
PR 10-6
128m
150m
PR 10-7
174m
204m
Kosten
Energy output (e)
Investments (i)
Availability (a)
Operation & Maintenance (o)
Cost c ~ i/e.a +o
Value
Predictability Capacity credit Fuel replacement Dispatchability Positive effects on the Environment
23
Investeringen
Projectontwikkelingskosten
Turbine
wegen
funderingen
Installatie
Netaansluiting
Operationele kosten
Onderhoudscontracten
Land lease
verzekeringen
transport stroom
taxen
Management
GENERATION COSTS VERSUS AVERAGE WIND SPEED
Generation cost in € cents/kWh
18 16 14 12 10
40m hub height
8
55m hub height
6
75 hub height
4 2 0 3
5
7
9
Annual average w ind speed at 50m height [m/s]
24
TRENDS IN COST / KWH
REDUCING COST
Better understanding of loads and dynamics
Reduction of the number of components, passive systems
Thicker blades then in normal aeronautics
Upscaling
Higher tip speed ratio
25
