HomeNieuwsHoe ontwerp je een optimaal windpark?

Hoe ontwerp je een optimaal windpark?

Afgelopen maand kondigden Nederland, Duitsland, België en Denemarken aan het aantal windmolens op de Noordzee te vertienvoudigen. Het team van ‘Featured Scientist’ Dr. Richard Stevens doet onderzoek naar de complexe stroming van de wind tussen zoveel windmolens. Met hun nieuwe computermodellen berekenen ze onder andere de optimale lay-out van nieuwe windparken zoals die op de Noordzee.

Windmolens produceren elektriciteit door energie uit de wind te halen. Daardoor verlagen ze de windsnelheid achter de windmolen. Een windmolen direct achter een andere windmolen kan daardoor minder elektriciteit produceren. “Met twee windturbines is dat nog wel te overzien, maar met honderden turbines wordt het een stuk ingewikkelder”, zegt Stevens.

Complexe stromingsvelden

In een recente publicatie van Stevens’ team bestudeerden ze de structuren van stromingsvelden in windparken met modellen die nog niet eerder werden gebruikt om de stroming in windparken met meer dan honderd windmolens te beschrijven. Dat de onderzoekers dit model gebruikten is dus een unicum.

Uit de simulaties blijkt dat de turbines het beste elkaar zowel horizontaal als verticaal afwisselen. Daardoor staan twee rijen windturbines nooit direct achter elkaar of op dezelfde hoogte. “Maar daarnaast laten we ook zien dat deze methode ontzettend veel potentie heeft om in de toekomst andere windparkontwerpen te bestuderen”, aldus Stevens.

Afbeelding gemaakt door Srinidhi N. Gadde

Steeds hogere windturbines

In een ander recent onderzoek richt Stevens’ team zich op het modelleren van de stroming in atmosferische grenslagen. “De windsnelheid en windrichting veranderen met de hoogte. De stroming direct boven de grond is makkelijk te meten en daarom relatief goed begrepen. Op grotere hoogtes is de stroming moeilijker te meten en eerder niet zo relevant”, zegt Stevens. Steeds hogere windturbines veranderen dat.

“De nieuwste windturbines komen nu zo hoog dat ze in een deel van de atmosferisch grenslaag komen die heel anders is dan wat er dichtbij de grond gebeurd”, vertelt Stevens. Het nieuwe model van Stevens verbetert het wetenschappelijke inzicht in de stromingsdynamica in de atmosfeer. “Met dit model kunnen we niet alleen de opbrengst van windparken beter voorspellen, maar ook bijvoorbeeld weers- en klimaatmodellen verbeteren.”

Meer informatie

Dr. Richard Stevens is Associate Professor in de Physics of Fluids groep van prof. dr. Detlef Lohse. De groep is onderdeel van de Faculteit Technische Natuurwetenschappen en is onderdeel van het Max Planck Centrum Twente en het MESA+ instituut. Hij is ook een van de ‘Featured Scientists’ van de Universiteit Twente.

Stevens’ team heeft onlangs gepubliceerd in de twee wetenschappelijke tijdschriften ‘Renewable Energy’ en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). De publicaties respectievelijke getiteld A three-dimensional dynamic mode decomposition analysis of wind farm flow aerodynamics’ en Vertical structure of conventionally neutral atmospheric boundary layers’ zijn online te lezen.

DOI: 10.1016/j.renene.2022.03.160
DOI: 10.1073/pnas.2119369119

Featured Scientist at the University of Twente

K.W. Wesselink MSc (Kees)
Wetenschapscommunicatiemedewerker (aanwezig ma-vr)