Feodor Gurvits 15.12.2011: Tuulimittaukset

Tuulimittaukset

osa ”Hybridienergian avaimet käteen -palvelukonseptin

pilotointi” projektiaFeodor Gurvits, 15.12.2011

SISÄLTÖ

• Tuulen käyttäytyminen

• Voimalan tuotanto

• Tuuliatlas

• Tuuliatlas-arvio

• FMI laskenta

• Lyhyt SODAR-mittaus

• Pitkän ajan datan korrelaatio

• Kokonaisvaikutus

SELVITYKSEN TAVOITE

• Selvitys on tehty osana ”Hybridienergian avaimet käteen -palvelukonseptin pilotointi” projektia elo-joulukuussa 2011

• Tavoitteena on selvittää tuulimittausten tarkkuden vaikutusta tuulivoimaa sisältäviin hybridiprojekteihin

• Lyhyellä jaksolla suoritettu mittaussarja ei riitä antamaan lopullista arviota asennettavan voimalan tuotannosta, mutta auttaa määrittämään vaadittavan tarkkuustason todellisissa hankkeissa

• Laskennoissa on käytetty yhtä konkreettista kohdetta, jossain muussa kohteessa eri laskentatapojen keskinäisvertailu voi tuottaa eriävät tulokset!

TUULEN KÄYTTÄYTYMINEN

TUULEN KÄYTTÄYTYMINEN

TUULEN KÄYTTÄYTYMINEN

• Tuuli muodostuu isoista virtauksista (ennustettavissa mallinnuksella ja säähavainnoilla) sekä paikallisvirtauksista (riippuvat maastosta, lämpötilaeroista, teksturista jne)

• Noudattaa tilastollisia lainalaisuuksia, määriteltävissä Weibull-käyrällä (keskiarvo, kerroin)

• Tärkeitä arvoja: keskimääräinen nopeus, maksiminopeus, puuskaisuus, suunta, vaakatason poikkeama, tiheys

• Tuulisuus vaihtelee voimakkaasti vuosittain, mittaukset aina täytyy suhteuttaa pitkän ajan dataan

VOIMALAN TUOTANTO

VOIMALAN TUOTANTO

Enercon E82 E 3

VOIMALAN TUOTANTO

VOIMALAN TUOTANTO

14 nykyaikaisen voimalan keskiarvo:

5.0 => 6.0 m/s: +86% 0,46 MW

6.0 => 7.0 m/s: +68% 0,77 MW

7.0 => 8.0 m/s: +52% 1,16 MW

8.0 => 9.0 m/s: +44% 1,67 MW

9.0 => 10.0 m/s: +34% 2,23 MW

10.0 => 11.0 m/s: +22% 2,73 MW

11.0 => 12.0 m/s: +12% 3,05 MW

VOIMALAN TUOTANTO

VOIMALAN TUOTANTO

• Huipunkäyttöaika

• Käytettävyys

• Merkittäviä häviöitä:– Omakäyttö n. 0,2 – 1,0 %– Siirtohäviöt n. 0,2 – 1,0 %– Pysäytykset (verkon käytettävyys, rajoitukset, jään muodostuminen, myrskyt...)

TUULIATLAS

• www.tuuliatlas.fi

• TEM:n tilaama, MOTIVA:n koordinoima sekä Ilmatieteenlaitoksen toteuttama palvelu jolla pystytään tarkastelemaan keskimääräistä tuulisuutta ympäri Suomea

• Perustuu sääennustusmalliin. Mallilla on tehty ennusteet uudelleen usean vuoden ajalta ja ennusteista on laskettu yleinen tuuliklimatologia jokaiseen hilaan (eli perustuu sääennustukseen, ei todelliseen tuulimittaukseen. Itse tuulimittauksia on käytetty ennen sääennustusmallin ajon aloitusta lähtötilan määrittämiseen, eli prosessin edellisessä askeleessa)

• “suositut alueet” on mallinnettu 250x250 m hilalla, muut 2,5x2,5 km ruuduin

• Jokainen ruutu huomioi korkeuserot ja peitteisyyden keskiarvoina

• Taulukkomuodossa tiedot 50 – 400 m korkeudelta, karttaliittymässä 50, 100 sekä 200 m

TUULIATLAKSEN TIEDOILLA ”LASKETTU” VOIMALAN TUOTANTO

WASP LASKENTA TUULIATLAKSEN TIEDOILLA

• Tuuliatlaksen tiedot voidaan siirtää WASP malliin ja laskea tuotanto sen avulla:

TUULITARKENNUSIlmatieteenlaitos tarjoaa maksullisena palveluna tuulitarkennusta jossa

numeerisen mallin tiedot sovelletaan karttatiedostoon:

LYHYT SODAR MITTAUS• Äänipulssimittaukseen perustuva SODAR-

mittaus tehdään siirrettävällä mittalaitteella, joka tallentaa 10 min keskiarvot ja siirtää ne myös palvelimelle

• Normaali mittausjakso käsittää n. 12 kk, yksittäisvoimalan tapauksessa joskus käytetään lyhyempiä jaksoja

• Laitteen vuokra on 3000 - 5000 eur/kk

• Muita vaihtoehtoja ovat LIDAR-mittaus (kalliimpi) sekä mastoihin kiinnitettävät kuppimittarit (vaativat vähintään 70 m mastoa lähialueella)

• Lisäksi datan analysointi kustantaa laajuudesta riippuen 3000 – 15000 eur

LYHYT SODAR MITTAUSSODARin mittauslaatu huononee ylöspäin mentäessä, lisäksi tuulen

nopeusmittausten tarkkuus on vähemmän tarkka kuin kalibroiduilla kuppimittareilla:

LYHYT SODAR MITTAUSJos 3 kk:n mittaamisen jälkeen oletetaan, että tuulisuus on koko ajan sama ja

lasketaan tuotantoarvio sen perusteella, niin saadaan:

PITKÄN AJAN DATAN KORRELAATIO

Tuulisuus kuitenkin vaihtelee eri vuoden aikoina sekä eri vuosina:

PITKÄN AJAN DATAN KORRELAATIO

Jolloin tarkastellaan pitkän ajan mittausdatan sekä tehdyn mittauksen keskinäiskorrelaatiota:

PITKÄN AJAN DATAN KORRELAATIO

Mikäli korrelaatio on riittävän hyvä, tehdään lyhyen ajan dataan korjaus joka suhteuttaa tuotantoarvion pitkän ajan dataan:

VERTAILUMenetelmä Kustannustaso Kesto Tuotantoarvio Tarkkuus

”Amatööri” 50 Eur 1 h 4 400 MWh +7%

Tuuliatlas => WASP

500 Eur 1 vko 3 900 MWh -5%

Tuultarkennus 3 000 Eur 2 – 3 vko

5 900 MWh +44%

SODAR 3kk 15 000 Eur 3,5 kk 5 400 MWh +31%

Korrelaatio 25 000 Eur 4 kk 4 100 MWh ”100%”

12 kk mmittaus

70 000 Eur 13 kk ???!

PITKÄN AJAN DATAN KORRELAATIO

• Iso tuulivoimala on miljoonaluokan investointi, eikä sitä saa perustaa “muillakin pyörii” ajatteluun

• Mittauksen laatu, kesto sekä vertailudatan laatu vaikuttaa suoraan voimalan tuotantoarvion tarkkuuteen ja siitä kautta oletettuun tuottoon

• Ottaisitko kolmen miljoonan euron lainan, jos korko olisi “jotain 1,0% ja 10,0% välillä”?

• Paljonko olet valmis maksamaan “lainan koron varmuudesta”?

Tervetuloa tuulivoma-alalle!Tervetuloa tuulivoma-alalle!