Onderzoeksproject CP/54 (Onderzoeksactie CP)
Context
Bij de voorstudie en engineering van windenergieprojecten is er behoefte aan goede kwaliteitsstatistieken van de meteorologische parameters en gevalideerde methodes om op basis van gemeten gegevens extrapolaties naar de gewenste locaties te maken. De historische meteorologische data voor België (KMI) zijn niet direct geschikt voor gebruik in daadwerkelijke projecten, onder meer als gevolg van verandering van observatiemethodes, en stationskenmerken.
Door optimalisatie van de gekozen meetlocatie en het type meting naar het gebruik voor hernieuwbare energietoepassingen zou de directe bruikbaarheid van de meetdata sterk kunnen toenemen. De dienstverlening van het KMI zou in dit opzicht een belangrijke toegevoegde waarde kunnen betekenen voor projectontwikkelaars die windenergieprojecten opzetten. De relevantie van de beschreven problematiek ligt in het belang dat deze energiebronnen wordt toegekend in de duurzame ontwikkeling. Met windenergie moet op land in België een potentieel van meer dan 1000 MW ingevuld worden.
Beschrijving van het project
Doelstellingen
De doelstelling van het project is het verbeteren van de basis voor een nauwkeurige voorspelling op korte en langetermijn van de productie van windenergie in België, zowel onshore als offshore. Het project zal zich richten op data (meteorologische data en terreindata), modellen en andere hulpmiddelen voor het extrapoleren van meetlocaties naar specifieke locaties.
De gedetailleerde doelstellingen zijn:
- Het definiëren van een aantal referentie langetermijn stations en het heranalyseren van historische winddata van deze stations naar een formaat geschikt voor het in kaart brengen van het potentieel en voor het uitvoeren van andere relevante analyses voor windenergie.
- Het vervaardigen van ruwheidkaarten voor potentiële interessante windenergiegebieden in België gebaseerd op teledetectie in een formaat geschikt voor het in kaart brengen van het windenergiepotentieel.
- Het evalueren van geschikte modellen voor complex terrein met het oog op hun toepassing in Belgische situaties door middel van analyse en experimentele validatie.
- Het ontwikkelen van een consistente methodiek voor langetermijn voorspellingen voor onshore en offshore sites in België, bestaande uit referentie langetermijn winddata, ruwheidkaarten, eisen aan windveldmodellen en het opstellen van een gebruikersgids.
- Het formuleren van aanbevelingen voor het optimaliseren van meetstations voor windenergietoepassingen.
- Het presenteren van de projectresultaten in een thematische workshop aan partijen geïnteresseerd in windenergie: projectontwikkelaars, studiebureaus, fabrikanten, R&D instellingen, de overheid.
Methodologie
In het beginstadium van het project zullen de drie hoofdbestanddelen van de evaluatie van het potentieel en de voorspelling worden onderzocht, namelijk:
de winddata (1), de terreinruwheidkaarten (2) en de extrapolatiemodellen (3). Na voltooiing van deze activiteiten zijn de basiselementen beschikbaar om een verificatie (4) van de voorspellingsmethode uit te voeren. Hierin worden de belangrijkste bestanddelen gevalideerd door vergelijking met berekeningen en waarnemingen. In de laatste fase van het project wordt een gids (5) opgesteld voor het gebruik van de onderzochte data, databronnen en methoden in specifieke situaties in België. Het huidige meetnet zal worden geëvalueerd en aanbevelingen zullen worden opgesteld voor verbeterde metingen.
De kwalificatie van de winddata omvat het definiëren van een set van windmeetstations en overeenkomstige tijdreeksen en statistiek van historische meetdata voldoende representatief voor het langetermijn windklimaat en voor de gebieden in België die in aanmerking komen voor windenergie. De set van referentiestations omvat de ‘KMI’ meetposten eventueel aangevuld met aanvullende data van andere stations (bijv. offshore meetstations). In het ideale geval zou de volledige set van stations een correlatie mogelijk moeten maken met korte termijn on-site metingen voor elke potentiële windenergielocatie in België. De nadruk ligt op gemeten winddata van de afgelopen 10 tot 15 jaar (vanaf 1988). Uitgaande van de langetermijn data worden representatieve langetermijn referentie richtingsafhankelijke frequentieverdelingen berekend. Voor elk station zal een analyse worden uitgevoerd om de extreme windsnelheden te bepalen.
De ruwheidkaarten zullen worden aangemaakt die de basis zullen vormen van de evaluatie van het regionale windpotentieel voor het hele Belgische grondgebied. De kaarten worden gemaakt op basis van bestemmingsplannen, CORINE landgebruikkaarten en topo10GIS topografische kaarten. De resolutie van de kaarten moet voldoende hoog en bruikbaar zijn voor het berekenen van het windpotentieel met professionele windenergie softwaretools. Op deze manier kunnen de resulterende kaarten gebruikt worden voor korte en langetermijn voorspellingen van het windpotentieel.
Een aantal bestaande windveldmodellen voor het in kaart brengen van het regionale windpotentieel worden geëvalueerd. De modellen berekenen het 3-dimensionale windveld over een geselecteerd gebied aan de hand van diverse meteorologische invoerparameters en terreinparameters. De geschiktheid van deze modellen zal getoetst worden door vergelijking van berekende en gemeten windsnelheden. Hiervoor zullen bestaande windmetingen van hoge kwaliteit gebruikt worden. Dit onderzoek is vooral nuttig in heuvelachtige gebieden, waarvoor momenteel een gebrek is aan goed geverifieerde methodes voor windveldmodellering. De geldigheid van de modellen voor de verschillende soorten terrein in België zal worden geëvalueerd in case studies. De onderzochte modellen zijn ARPS (Vito), TVM (UCL), MAR (UCL), Maestro Wind (ATM-PRO) en WAsP.
Op basis van de bevindingen zal een gebruikersgids worden samengesteld die de methodes beschrijft om meteorologische referentiedata, terreininformatie en stromingsmodellen te gebruiken ten behoeve van windenergietoepassingen in België.
Een review van het Belgisch windmeetnet zal worden ondernomen gebaseerd op specifieke eisen voor windenergieprojecten en aanbevelingen zullen worden opgesteld voor mogelijke verbeteringen in het meetnetwerk. De bevindingen kunnen worden aangewend als basis voor een nieuw beleid in meteorologische waarnemingen in België.
Interactie tussen de verschillende partners
De evaluatie van de winddata wordt uitgevoerd door 3E samen met KMI. De terreinruwheidkaarten worden door 3E opgesteld. De case studies met de vier modellen inclusief de verificatie van de geselecteerde methodes en data worden uitgevoerd door de partners UCL, ATM-PRO, Vito en 3E, deze activiteit wordt gecoördineerd door UCL. De gebruikersgids wordt opgesteld door 3E met input van de andere partners. De evaluatie van het KMI meetnet tenslotte wordt uitgevoerd door 3E samen met KMI.
Verwachte resultaten en/of producten
Het project zal de volgende specifieke resultaten genereren:
- Een rapport met overzicht van aanbevolen windreferentiestations, met gedetailleerde stationsbeschrijvingen (meetopstelling, stationsomgeving) statistieken en kwalificering van de geanalyseerde data, belangrijkste stationsstatistieken (onder meer de frequentieverdelingen in de vorm van WASP tabellen, typische gang van de windsnelheid en extreme windsnelheden), historiek van deze geselecteerde stations in geschikte vorm voor professionele windenergieanalyse.
- Tijdreeksen van beperkte periodes van heranalyseerde windsnelheden van geselecteerde stations (de condities voor het beschikbaar stellen uit te werken in het kader van het project).
- Ge-update ruwheidkaarten van het Belgisch grondgebied in vectorformaat, geschikt voor invoer in rekenmodellen voor bepaling van het windpotentieel.
- Resultaten van de vergelijkende analyse van de hoger genoemde modellenen van de onderzochte case studies.
- Een aanbevolen methodologie voor windpotentieelbepaling inclusief verwijzing naar geschikte stationsstatistiek, terreinruwheidkaarten, en een advies voor geschikte extrapolatiemodellen.
- Aanbevelingen voor het opwaarderen van het meetnetwerk ten behoeve van windenergietoepassingen.
- Een ‘special topic’ workshop voor interactie met de belanghebbende partijen.
Partners
3E nv
3E is an engineering office specialised in renewable energy technologies. The objective of 3E’ R&D activities is to support and enable high quality services for renewable energy entrepreneurs, authorities and other actors in the field. 3E combines the expertise in wind energy technology and the skills in site assessment - by measurements and application of models - to provide expert advice for wind energy project development. In wind energy research, 3E focuses on aspects, which are of strategic importance in the services rendered to the clients: wind resource assessment, energy output calculations for wind farms, micro-siting for wind energy projects, wind measurement campaigns, anemometer calibrations, advanced monitoring of wind energy systems and short-term prediction of wind power.
Vito
Vito is a research institution, which, for the benefit of government, industry and SMEs, stimulates sustainable technological development with its specialist services and high standard R&D in the fields of energy, environment and materials. In the fields of energy, environment, raw materials and advanced materials, Vito is the largest and best-equipped research centre in Flanders, the northern region of Belgium. The Remote Sensing and Atmospheric Processes Department has a particular interest in meteorological modelling. For some of the air quality models, like AURORA, the meteorological input is generated by the mesoscale model ARPS. Since air quality processes are highly influenced by the meteorological input, the ARPS model output has a critical impact on the results of a model like AURORA. Therefore the ARPS modelling is an important well-developed research matter within this group.
UCL-ASTR
UCL-ASTR is part of the Physics Department of the Université catholique de Louvain (Louvain-la-Neuve). Over the last 30 years, it has gained a worldwide reputation for the study of climate, climatic changes, and mesoscale meteorology. All its research activities are well integrated in Belgian, European and international research programmes. UCL-ASTR has a great deal of expertise in the domain of mesoscale meteorology. In particular, it has built a hydrostatic, primitive-equation regional atmospheric model (hereafter referred to as MAR). In addition to the research with MAR, UCL-ASTR currently utilises the non-hydrostatic version of the widely distributed TVM (Topographic Vorticity-mode Mesoscale-β) model coupled to an air-chemistry model for studying urban environments and pollution by ozone.UCL-ASTR is also active in three-dimensional (3-D) global climate modelling.
ATM-Pro (subcontractor of UCL)
ATM-Pro - spin off of the UCL-ASTR - was set up in 1995 to provide the most efficient and scientifically based software & services to industry, authorities and consultants in the field of the atmospheric Environment. ATM-Pro software are based on realistic 3D Atmospheric & Dispersion models which take into account the terrain complexity - Topography and Land Use - as required to assess realistically the impacts of Air Pollution. ATM-Pro develops, uses and markets a comprehensive range of environmental packages which are the most efficient tools to perform realistic Environmental Impact Studies, Emergency planning & Risk Assessment. ATM-Pro range consists in PC windows software including the newest and state of the art modelling tools. ATM-PRO distributes Lakes Environmental Software Products in Europe (Belgium, the Netherlands).
IRM-KMI
The Royal Meteorological Institute of Belgium is the National Meteorological Service (NMS) and is as such a research unit for climatological and meteorological studies. The vision of the RMIB is to provide a reliable public service realised by an empowered staff and based on research, innovation and continuity. Its mission is the realisation of services supported by research and long-term standardised meteorological, climatological and geophysical observations in favour of the safety and information, of the socio-economical and scientific community and coordinated at a national and international level.
The activities of the Meteorological R&D Department are divided into several teams: the ALADIN-Belgium research activities, the Satellite Application Facility (SAF) research, the Dynamical Climatology and Meteorology, and the hydrological risk analysis (extreme precipitation events) and sustainable development (building long-term time-series).
Coördinaten
Coördinator
Frans Van Hulle
3E nv
Verenigingsstraat 39
B-1000 Brussel
Tel: +32 (0)2 229 15 24
Fax: +32 (0)2 219 79 89
fvh@3E.be
www.3E.be
Partners
Koen De Ridder
Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (Vito)
Boeretang 200
B-2400 Mol
Tel: +32 (0)14 33 68 40
Fax: +32 (0)14 32 27 95
koen.deridder@vito.be
www.vito.be
Jean-Pascal van Ypersele
Université catholique de Louvain (UCL)
Institut d’Astronomie et de Géophysique Georges Lemaître (ASTR)
2, chemin du Cyclotron
B-1348 Louvain-la-Neuve
Tel: +32 (0)10 47 32 97
Fax: +32 (0)10 47 32 97
vanypersele@astr.ucl.ac.be
www.astr.ucl.ac.be
Christian Tricot
Institut Royal Météorologique de Belgique
3, avenue Circulaire
B-1180 Bruxelles
Belgium
Tel: +32 (0)2 373 05 40
Fax: +32(0)2 373 05 48
clim@oma.be
www.meteo.be
Gebruikerscomité
Mr. Gabriel Michaux SPF Economie
Mr. Raoul Nihart SPE
Improved prediction of wind power in Belgium : final report
Dewilde, Luc - Cabooter, Yves - Mali, Pierre-Antoine ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1868)
[Om te downloaden]
[Om te bestellen]
Improved prediction of wind power in Belgium : summary
Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1869)
[Om te downloaden]
