Simulation of far wake effects generated by offshore wind farms using the WRF model: the Horns Rev test case.

Abstract

Avanços tecnológicos e científicos contínuos contribuíram para a melhoria da relação custo/benefício na exploração de energia eólica offshore. Esses avanços levaram ao aumento do número e tamanho de novos parques eólicos offshore. O crescente número de parques em algumas zonas leva a que surjam áreas com uma alta concentração de parques eólicos, algumas delas dentro da raio de influência de outros parques situados na sua vizinhança. Devido à proximidade entre parques, estes podem funcionar como um obstáculo para o fluxo normal do vento e afectar a velocidade do vento noutros parques situados a jusante. Efeitos de esteira distante provocados pelo efeito combinado de efeitos de esteiras de turbinas e de clusters ou parques individuais podem originar deficits de velocidade significativos numa grande área ao redor de uma zona de interesse. O estudo das interacções entre parques eólicos e as resultantes perdas por efeito de esteira em parques eólicos vizinhos é um aspecto importante que deve ser tido em conta quando se decide o "layout" e localização de novos parques offshore. Devido às condições favoráveis para a exploração de energia eólica offshore no Mar de Norte, a concentração de parques eólicos nessa região é alta e continua a aumentar tornando-a uma zona indicada para este tipo de estudo. Quando se considera uma área destas dimensões, o tamanho do domínio e a resolução horizontal podem tornar-se num obstáculo difícil de ultrapassar. Devido a que os modelos actuais usados para o estudo de efeito de esteira necessitam de um poder computacional bastante elevado, é bastante difícil simular áreas com centenas de quilómetros de comprimento que englobam vários parques eólicos offshore com diferentes áreas, características e tipo de turbinas eólicas. A recente implementação de parameterizações de parques eólicos no código fonte de modelos de mesoscala pode constituir uma ferramenta indispensável para ultrapassar estes obstáculos. Usando o modelo de mesoscala Weather Research and Forecasting (WRF), que inclui uma parameterização de parque eólico, simularam-se os parques eólicos offshore de Horns Rev 1 e Horns Rev 2. Este trabalho tenta quantificar o deficit de velocidade no parque de Horns Rev 1 devido à construção do parque de Horns Rev 2 na vizinhança do mesmo. Uma validação dos resultados é efectuada usando dados medidos de várias torres situadas na zona do parque de Horns Rev 1, e uma análise do potencial desta metodologia é efectuada.

Continuous technological and scientific advances have contributed to the improvement of the relation cost-benefi in the exploitation of offshore wind farms. Those advances have propelled the construction of new and larger offshore wind farms and have contributed to a high concentration of wind farms in several areas, some of them built within the radius of influence of other neighbour wind farms. Because of their proximity, some of them might impact the wind conditions on other downstream plants. Pronounced far wakes effects generated by the combination of individual wind turbines and single or clusters of wind farms can provoke significant wind speed deficits within a large radius around a given location. The study of these wind farm interactions and the resulting wake losses on neighbouring wind farms is an important aspect that should be taken into account when deciding the layout and location of new offshore plants. Due to its favourable conditions to wind energy exploitation, the concentration of offshore wind farms in the North Sea region is high and it is still increasing making it a suitable location for this study. When onsidering such a large area, the domain size and resolution of the numerical models might be an obstacle difficult to overcome. Since current wake models require high computational power, it is very di fficult to simulate areas with hundreds of kilometres and several wind farms with different sizes, characteristics and different types of turbines. The recent implementations of wind farm parameterizations in the source code of mesoscale models could provide the required tool to over come those constraints. Using the state of the art Weather Resear ch and Forecasting (WRF) mesoscale model, that in cludes a wind farm parameterization scheme, the Horns Rev 1 and Horns Rev 2 wind farms are simulated. This work tries to ascertain the wind speed deficits in the Horns Rev 1 wind farm due to the constru ction of the Horns Rev 2 plant in its proximity. An evaluation of the results is performed against real measurements from the site and the capabilities of the methodology are disc ussed.