RAPPORT - Vindplats Göteborg

8H31975.100: Vindkraften inverkan på segling
24
I de programvaror som finns i dag för att beräkna vakförlusterna i en vindkraftpark användes
olika typer av vakmodeller som utgår från antagandet att vakens diameter ökar linjärt med
avståndet. Det vanligaste är att man utgår från vindminskningen från en vindturbin och därefter
beräknar effekten av lävakarna från övriga vindturbiner i vindkraftparken, till exempel genom att
beräkna kvadrat summan av de individuella vindminskningarna från de övriga vindturbinerna
efter att områden med överlappande vakar har dragits bort.
I en vindkraftpark påverkas vindturbinerna av lävakarna från de övriga vindturbinerna men också
av turbulensen som uppkommer från de omgivande vindturbinerna. Turbulensen gör bland annat
att lävakarna snabbare fylls igen och därmed minskar påverkan från vindturbinerna nedströms.
Turbulensintensiteten är ett mått på turbulensen och beskrivs genom kvoten mellan vindens
standardavvikelse och medelvinden. På grund av turbulensens slumpmässiga natur (se avsnitt
3.2) får man för en given vindstyrka stor spridning i den beräknade turbulensintensiteten. De
programvaror som finns idag för att beräkna energiproduktionen från en vindkraft park använder
den uppmätta vindstyrkan och standardavvikelsen från en mätmast placerad i projektområdet
tillsammans med mer eller mindre detaljerade turbulensmodeller. I beräkningarna tas hänsyn till
turbulens som uppkommer till följd av topografi, råhet (hur ojämn markytan är),
vindturbingenererad turbulens och turbulens som uppkommer till följd av hinder (t.ex.
byggnader) i projektområdet. Dessa beräkningar görs vid navhöjd med syfte att beräkna
energiförlusten eller skatta belastningen på vindturbinen.
I detta kapitel presenteras resultaten från vår skattning av vindförsvagningen i lävaken bakom en
vindturbin i en neutralt skiktad atmosfär. Vi antar att lävakarnas diameter ökar linjärt med
avståndet från vindturbinen. Vidare antas att lävakarna från vindkraftparken kan approximeras
med effekten från en vindturbin när vi är mer än 10 rotordiametrar nedströms vindkraftparken det
vill säga att de individuella lävakarna smälter samman till en gemensam lävak. Detta innebär att
vindminskningen kan vara något underskattad. Samtidigt tar vi inte hänsyn till att turbulensen
som uppkommer på grund av närliggande vindturbiner vilket innebär att lävaken suddas ut
snabbare och påverkan nedströms vindturbinen minskar. De programvaror som finns idag är
designade för att beräkna energiminskningen på grund av vakförluster i en vindkraft. Dessa
beräkningar är gjorda vid navhöjd och inte i det för seglingen intressanta området, upp till 15
meters höjd från havsytan. Beräkningarna i denna rapport är teoretiska och bygger på resultaten
från Chamorro och Porté-Agel, 2009 tillsammans med ekvationer som finns redovisade i
Appendix 1. I beräkningarna utgår vi från ett vindkraftverk med en rotordiameter på 107 meter
och en navhöjd på 90 meter.
5.2 Lävakens påverkan på vinden
Som vi tidigare nämnt visar experiment i vindtunnel att nära vindturbinen (mindre än fem
rotordiametrar nedströms) är vindförsvagningen symetrisk med ett tydligt maximum strax
ovanför navhöjd. Lävaken vidgar sig linjärt nedströms, maxima försvagas och den nedre delen av
vaken närmar sig vattenytan, vilket illustreras i Figur 25. Fortsatt omblandning med ostörd luft
gör att det tydliga maxima försvinner, lävaken vidgas, vindförsvagningen minskar och blir jämt
fördelad i hela lävaken, se Figur 26.
Vid 5 rotordiametrar nedströms vindturbinen har vinden vid navhöjd försvagats med 38 procent
jämfört med den ostörda vinden på samma höjd. Nära vindturbinen, cirka 5 rotordiametrar
nedströms är lävaken centrerad kring navhöjd och vindförsvagningen vid 15 meter från
vattenytan är cirka 2 procent men lävaken når inte ned till vattenytan.