‘Bewaker’ van een heel offshore windpark
Bij een windpark op zee zijn de kosten voor onderhoud en reparatie goed voor bijna een derde van de kWh-prijs. Logisch dat parkbeheerders zo exact mogelijk willen weten wanneer onderhoud nodig is aan welke turbine. Maar hoe bereik je dat? “Door van een paar turbines in een park exact de belasting te bepalen. Die gegevens zijn de basis voor een computermodel dat de belasting van de overige turbines voorspelt,” stelt Tom Obdam van ECN Wind onomwonden. Voor hem is dat sinds een paar maanden vanzelfsprekend. Hij heeft het immers met het onderzoek Flight Leader aangetoond.
Elke medaille heeft een keerzijde. Tegenover de voordelen van windparken op zee (meer en ongestoorde wind, geen lawaaioverlast noch horizonvervuiling) staat het nadeel van moeilijke bereikbaarheid van de turbines: dus hoge onderhoud- en reparatiekosten. Liefst voer je onderhoud uit pal voor een onderdeel versleten is. Maar dan moet je wel weten wanneer dat moment is aangebroken, want de onderhoudsploeg te water is heel afhankelijk van het weer. En uitgesteld onderhoud leidt tot noodreparaties en die zijn heel ongewenst.
Bij ECN Windenergie heeft Tom Obdam een studie gedaan naar de kernvraag van de onderhoudsproblematiek: kan de belastingmeting van een of twee turbines maatgevend zijn voor alle turbines in het park? Met de antwoorden wil Obdam een onderhoudsschema kunnen maken dat recht doet aan de slijtage van elke individuele windturbine in een park. En dat allemaal op basis van standaard meetgegevens uit het controlesysteem van elke turbine. Kortom, Obdam streeft naar accuraat onderhoud op maat.
Neurale netwerken
Een belangrijk hulpmiddel voor dit onderzoek is het testpark van ECN Windenergie in de Wieringermeer. De turbines die hier staan opgesteld, hangen vol met wetenschappelijke meetinstrumenten. Verder hebben de turbines natuurlijke de standaard sensoren (SCADA-parameters) die gebruikt worden voor de regeling van de turbine. Obdam bracht de relatie tussen de wetenschappelijke belastingmeters en de gebruikelijke meetinstrumenten in kaart. “Met als doel om te zien of je de SCADA-signalen betrouwbaar kunt gebruiken voor het voorspellen van de mechanische belasting op een windturbine. Voordeel daarvan is dat je commerciële windturbines niet hoeft uit te rusten met dure extra belastingsmeters.”
Voor deze taak brachten de ECN-onderzoekers een neuraal netwerk in stelling. Deze zelflerende software-techniek bleek uitstekend in staat te zijn om de mechanische belasting van de turbine te koppelen aan de regelsignalen. Dat deed hij door elke tien minuten de SCADA-instrumenten te monsteren. Vervolgens onderzocht Obdam of het netwerk de belasting van voor een andere ECN-turbine voldoende nauwkeurig voorspelde. “De uitslag was zonder meer bemoedigend. Maar het werd wel duidelijk dat we een heel duidelijk onderscheid moeten maken tussen turbines die vrij aangestroomd worden en turbines die in het zog van een of meer turbines staan.”
Het onderzoek startte begin 2008. De twee ECN-turbines op het park werden geschikt gemaakt voor het onderzoek. De noodzakelijke software werd geschreven en daarna begon de testfase. Daaruit bleek dat de verzamelde data van een turbine met vrije aanstroom niet direct bruikbaar is om de belasting van een turbine met turbulente aanstroom accuraat te voorspellen. Obdam: “Maar dan blijkt het grote voordeel van een neuraal netwerk: Je kunt dat netwerk kunstmatig ‘leren’ hoe het is om in turbulente omstandigheden te werken. Als je dat doet en het netwerk vervolgens opnieuw de belasting laat voorspellen, zijn de uitkomsten wèl voldoende nauwkeurig. Al blijft de kwaliteit van de voorspelling iets achter bij die turbines met een vrije aanstroom.”
Verdere verfijning
Een demoversie van de Flight Leader-software is inmiddels klaar voor gebruik, maar het werk zit er nog niet op. Obdam en zijn collega’s gaan verder met het verfijnen van het programma door aanvullend onderzoek aan de turbines in ECN’s testpark, bij voorkeur samen met een turbinefabrikant of eigenaar van een windpark. Daarnaast staat een praktijktest op stapel. Het gaat per slot van rekening om offshore windparken maar alle resultaten zijn verkregen via onderzoek onshore. Dus hoe aan te tonen in welke mate de resultaten ook gelden op zee? Obdam: “Dat is inderdaad een probleem. Gelukkig heeft het oudste offshore-windpark van Nederland, het Offshore Windpark Egmond aan Zee van NoordzeeWind, twee turbines staan met belastingmeters. De data van deze instrumenten mogen we gebruiken voor een vervolgonderzoek. Echt een buitenkans! Helaas zijn het turbines die beide aan de rand van het park staan. Mooiste is natuurlijk een turbine aan de rand en een turbine in het hart van het park.”
Het onderzoek is gestart om tegemoet te komen aan de behoefte bij beheerders van offshore-windparken om hun onderhoudskosten te drukken. Maar als marktgeöriënteerde onderzoeker sluit Obdam niet uit dat ook fabrikanten van windturbines geïnteresseerd zijn. “Turbines die achter de eerste rij staan, krijgen niet de volle laag van een vrij aanstromende wind. Hun maximale mechanische belasting is dus altijd lager maar wisselt wel sterker dan bij de windvangers vooraan. Die lagere maar sterk schommelende belasting kan op den duur wel een zwaardere belasting zijn voor de machine dan een hogere maar constante belasting.”
In de kennis van de turbinefabrikanten is dit fenomeen nog een leemte die ze graag opgevuld willen zien. Het Flight Leader-onderzoek kan belangrijke informatie opleveren over de gevarieerdheid van de belasting van turbines in windparken. Dat levert misschien nieuwe randvoorwaarden op. Obdam: “Wie weet gelden straks voor turbines midden in een windpark andere ontwerpeisen dan voor turbines aan de rand.”
Contact
Tom Obdam
ECN Windenergie
Tel.: 022 456 4395
E-mail: Tom Obdam
Info
Klik HIER om de bijdrage van Tom Obdam aan de Europese Wind Energie Conferentie 2009 over Flight Leader te bekijken of te downloaden.
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
