Notat for Vestas behov for opstilling af fire vindmøller i en bue ved Velling Mærsk

Transkript

1 Notat for Vestas behov for opstilling af fire vindmøller i en bue ved Velling Mærsk Dato Århus N, den 09. september 2014 Forord Med et tilbageblik på tidligere tiders udvikling af møller, hovedsageligt til opstilling på landjorden, er det ved overførsel til det maritime miljø offshore konstateret, at en mængde designstandarder over tiden er kommet til kort. Med dette in mente er vi som fabrikant af møller bragt i den situation, at vi i forbindelse med nyudviklinger af større møller har erkendt behovet for yderligere afprøvninger og eftervisninger via praktiske field tests for verifikation af vore designfilosofier og løsninger. Erfaringer fra tidligere udvikling af mindre mølletyper har ligeledes vist, at simpel korrelation fra møllestørrelse til møllestørrelse ikke er lineær, hvorfor større målekampagner i dag udføres ved hver eneste ny-udvikling, både som enkeltmølle, såvel som ved parkopsætninger. Specielt er det af stor vigtighed med en mølletype som V MW møllen, der blandt andet potentielt kan opstilles på Horns Rev III og Kriegers Flak. Vi taler her om komplekse konstruktioner med en stor grad af nyinnovation som drifts- og servicemæssigt skal optimeres, før de opstilles på havet. Opsætning af mindst fire vindmøller ved Velling Mærsk af typen V164 har derfor afgørende indflydelse på realiseringen af vindmølleparker near-shore såvel som off-shore, så produktionen bliver pålidelig, og kostbare fejltagelser kan afværges. Arealet ved Velling Mærsk er vindmæssigt ideelt, da det er en stor jævn flade med få hegn og nær kysten til den store Ringkøbing Fjord. Desuden ligger området nær udviklingsafdelinger for Vestas i Lem og Ringkøbing hvilket er vigtigt for effektivt at udnytte ingeniørerne som skal bruge viden fra møllerne. Den valgte opstilling i bueform ved Velling Mærsk giver en optimal og ideel mulighed for eftervisning af vore mange teoretisk baserede ønsker for praktisk verifikation i fuld skala i felten. Som fabrikant, der skal drage læring fra en forsøgs-/demonstrationspark, er det kritisk at have det optimale lay-out med flest mulige verifikationsmønstre / -muligheder, hvad den valgte opstillingsform i høj grad tilgodeser set i forhold til mere traditionel rækkeopstilling eller symmetriske opstillingsmønstre. Specielt idet der her er tale om et begrænset antal møller (4), hvor ønskeligt ville være 8-10 møller hvilket klart ikke er opnåeligt med møller af den angivne størrelse i det danske landskab. Alternative opstillinger eller reduceret antal vindmøller i projektområdet er ikke acceptabelt for Vestas, da det ikke lever op til de ønsker, der er for test af vindmøllerne. Dette dokument belyser blandt andet mængden af verifikationsmuligheder ved det valgte opstillingsmønster, og viser de fravalgte alternativer. Baggrund Baggrunden for opsætning af fire 200 meter høje forsøgsmøller ved Velling Mærsk er, at Vestas har behov for at afprøve havvindmøller, før de sættes op på havet. Det er særligt vindmøllemodellen V164 med rotordiameter 164 meter, der skal afprøves, før de skal placeres off-shore. Projektet skal sikre, at Vestas Wind Systems A/S Hedeager 44, 8200 Aarhus N, Danmark Telefon: , Fax: , [email protected], Bank: Nordea Bank Danmark A/S, Reg. nr.: 2100, Konto nr.: DKK EUR CVR-nr.: Selskabsnavn: Vestas Wind Systems A/S

2 2 / 10 dansk vindmølleindustri vedvarende kan være i front med levering af funktionsdygtige vindmøller til havmølleprojekter - både nationalt og internationalt. De store vindmøller med totalhøjde over 150 meter er primært udviklet til at stå på havet. De placeres i store parker, hvor de dels udsættes for påvirkning fra de øvrige vindmøller i parken, dels udsættes for et langt barskere klima end på land. Reparation og service er langt mere kostbart og vanskeligt på havet end på land, hvorfor det er væsentligt, at vindmøllerne er testede og gennemprøvede, før de sættes på havet. Danmark har vedtaget at opstille nye havmølleparker ved Horns Rev III og ved Kriegers Flak og yderligere 450 MW vindmøller nær kysterne. I udlandet planlægges der for mange store off-shore parker, som Vestas ønsker at levere møller til. Ved blandt andet Burbo Bank er det allerede besluttet, at Vestas skal levere 32 vindmøller af typen V164 med rotordiameter 164 meter. Det er væsentligt, at møllerne er gennemtestede og optimerede til forholdene, før de sættes på vandet. Vestas har ved Horns Rev I oplevet at skulle bruge et trecifret millionbeløb på at tage alle vindmøllerne ind på land for reparation lige efter, de var opstillet. På grund af behovet for at få udført tilstrækkelige tests af vindmøllernes samspil inden vindmøllerne skal opstilles ved Burbo Bank i 2016, er projektet ved Velling Mærsk under stort tidspres. Afprøvningerne skal startes senest sommeren 2015, hvilket betyder, at alle tilladelser skal være givet senest 1. marts Hvis opstillingen ved Velling Mærsk bliver opgivet, vil det medføre, at Vestas ikke får mulighed for at afprøve parkvirkning mellem havmøllerne, inden de etableres på havet. Optimering og korrektioner skal dermed foretages på havet, hvilket både vil være mere kostbart og give tab af el-produktion. Det kan have konsekvenser såvel nationalt som internationalt og kan betyde tab af arbejdspladser i Danmark. Lokalt vil der måske være en gevinst ved, at der ikke bliver rejst nye vindmøller, der påvirker landskabsoplevelsen, støjer og giver skyggekast, men lokalt vil man også miste arbejde i forhold til anlæg og drift af vindmøllerne. Vestas tilstræber at vores aktiviteter for test og udvikling ligger i nærheden af hinanden, og hvis testmøller ikke kan placeres i Danmark, må testmøllerne og udviklingen flyttes til udlandet. Test kræver mindst fire vindmøller Det potentielle areal ved Velling Mærsk er accepteret af Ringkøbing-Skjern Kommune og i kommuneplan identificeret som et område for test af prototypemøller. I Miljøministeriets m.fl. s rapport for testpladser for prototypemøller er det vurderet, at arealet kan rumme to vindmøller med totalhøjde 200 meter, en vurdering, der blandt andet er baseret på afstande til naboboliger. Idet Vestas ønsker at afprøve vindmøllernes indbyrdes påvirkning, er det ikke tilstrækkeligt med to vindmøller. Dels fordi der ikke vil være påvirkning fra mere end én vindmølle, og man kun kan teste på én afstand mellem vindmøllerne. Derfor skal man som minimum bruge fire pladser for vindmøllerne, så forskellige påvirkninger af møllerne indbyrdes kan afprøves. Ideelt skulle man have to rækker med i alt 8-10 vindmøller, men det er ikke realistisk at finde sådanne pladser i Danmark nær udviklingsafdelinger og til så høje vindmøller. Reduceret antal ikke acceptabelt for test Der kan rent fysisk og med fordel for landskabet opstilles færre vindmøller end fire ved Velling Mærsk. Den mulighed er dog i starten af processen kasseret, da Vestas skal bruge mindst fire vindmøller for at kunne udføre tilfredsstillende måleprogrammer eftervisende vindmøllernes indbyrdes påvirkning i en vindmøllepark på havet, hvor der vil være flere rækker af vindmøller. Ved Burbo Bank vil der således blive opstillet 32 vindmøller i et gridmønster. Da en vindmølle i parken bliver påvirket af vindmøllerne på flere sider, er det ikke tilstrækkeligt at måle på 1 eller 2 nærtstående møller, da det ikke giver et tilstrækkeligt billede af det miljø, vindmøllerne vil blive udsat for på havet. Derfor ønsker Vestas, at der bliver opstillet mindst fire vindmøller som en samlet gruppe, hvor man kan måle tilfredsstillende og få optimeret vindmøllerne, inden de skal seriefremstilles og sættes ud på havet.

3 3 / 10 Nødvendigt med mindst 4 vindmøller til test Vindmøllerne skal testes på land, fordi det er meget kostbart og tidskrævende at foretage forsøg på havet. Derfor skal vindmøllerne være fuldt verificerede, før de sættes ud på havet. På prøvestationerne som f.eks Østerild og Høvsøre kan de enkelte vindmøller udvikles, men deres indbyrdes påvirkning må nødvendigvis afprøves på et større anlæg. Det kræver mindst 4 vindmøller af samme model, for at man tilfredsstillende kan afprøve vindmøllernes indbyrdes påvirkning og regulering, da det ikke kun er nabomøllerne, men også vindmøllerne andre steder i parken, der vil påvirke den enkelte vindmølle. Se nedenfor hvilke muligheder bueopstillingen giver for test, og hvorfor alternative opstillingsprincipper ikke giver så gode muligheder som bueopstillingen. Derfor er området ved Velling Mærsk bedst Projektområdet ved Velling Mærsk ligger i et område, hvor der tidligere har været 100 mindre vindmøller med totalhøjde op til 45 meter. I dag er der 4 mindre vindmøller tilbage, som forventes nedtaget inden for kort tid. Området ligger vest for Lem, hvor Vestasfabrikkerne oprindeligt har ligget, og hvor store dele af de danske Vestasfabrikker stadig ligger. Derfor har området i Velling Mærsk siden 1981 været anvendt til udbygning og forsøg med Vestasmøller. Således rummede området i en længere periode fra 1989 til 2006 fem forskellige vindmøllestørrelser med totalhøjde fra 25 meter til 45 meter. I dag ligger Vestasfabrikkerne også i Videbæk, Ringkøbing, Tim og Skjern i Ringkøbing-Skjern Kommune med udviklingsafdelinger i Ringkøbing og Lem. Det potentielle areal for test af prototypemøller ligger derfor ideelt for afprøvning og test både i forhold til vindenergi og nogle af Vestasfabrikkernes udviklingsafdelinger. I forhold til vindenergien er området også ideelt og tilnærmelsesvis lig offshore, idet det er en stor forholdsvis åben flade ud til Ringkøbing Fjord, der giver forudsigelige vindforhold fra de vestlige retninger, som er de hyppigst forekommende i Danmark. Fravalgte alternative mulige placeringer Måling på eksisterende parker med mindre møller Omkring Velling Mærsk står to store vindmølleparker med V112, dels ved Nørhede til Hjortmose med 22 stk V112 med rotordiameter 112 meter og navhøjde 94 meter i 3 MW størrelse, dels ved Lem Kær med 11 stk. af samme størrelse, hvor der løbende sker udskiftninger i den vestlige række med seks vindmøller, der er planlagt til udførelse af test med vindmøller under 150 meter totalhøjde. Det er den specifikke vindmøllemodel, der skal testes. Man kan ikke teste, hvorledes en vindmøllemodel reagerer i samspil med andre vindmøller, ved at teste på eksisterende vindmøller af andre typer. Hver vindmøllemodel er i dag så kompleks, det er et kraftværk, og kun ved at teste flere vindmøller af samme model, kan man identificere mulige optimeringer med videre ved den indbyrdes påvirkning. Da det primært er vindmøllernes indbyrdes påvirkning og regulering, der skal testes, kan det være nærliggende at tro, at testene kunne udføres i de to eksisterende parker. Det er ikke muligt, da det er andre vindmøllemodeller. Erfaring fra tidligere udviklinger af mindre mølletyper har vist, at simpel korrelation fra møllestørrelse til møllestørrelse ikke er lineær, hvorfor større målekampagner i dag udføres ved hver eneste ny-udvikling, både som enkeltmølle, såvel som ved parkopsætninger. Specielt er det af stor vigtighed med en mølletype som V164 8,0 MW møllen, idet vi her taler om komplekse konstruktioner med en stor grad af ny-innovation produkter, der drifts- og servicemæssigt skal optimeres, før de opstilles på havet.

4 4 / 10 Andre udpegede områder til test af prototypevindmøller Der er udpeget tre områder i Ringkøbing-Skjern Kommune til test af prototypemøller. Det drejer sig om Ganer Enge og nordvest for Lem Lem Kær samt Velling Mærsk. Lem Kær område nordvest for Lem Ved Lem Kær står der i dag 11 stk 150 meter høje vindmøller i to rækker opført med udgangen af Den østlige række er fem produktionsmøller og den vestlige række består af seks vindmøller, hvor der foretages udskiftninger og forsøg. Højden i hele parken må maksimalt være 149,9 meter. Hele parken er 2,5 år gammel og en udskiftning til 200 meter i den vestlige række ville medføre, at alle seks vindmøller som minimum skulle fjernes. Endvidere vil rækken blive kortere, da der skal være større afstand til naboer mod syd, og den vil sandsynligvis ikke være lang nok til at placere fire vindmøller med rotordiameter 164 meter. Endvidere vil afstanden til den østlige række ikke være tilstrækkelig, hvilket medfører, at man skal nedtage 11 kun to år gamle vindmøller. Økonomisk er det ikke et reelt alternativ til Velling Mærsk på nuværende tidspunkt. Om det kan blive det om 15 til 20 år er en mulighed. Hele området, der af Miljøministeriet er udpeget til areal for test af prototypevindmøller, er sammenfaldende med eller ligger øst for de eksisterende vindmøller i Lem Kær. Der kan ikke opstilles testmøller samtidig med, eller ved siden af, de eksisterende, da der ikke er fysisk plads. De vil stå oveni eller alt for tæt på de eksisterende vindmøller, hvis der skal være tilstrækkelig afstand til boliger, og de eksisterende vindmøller vil også give så meget turbulens, at der ikke kan udføres tilfredsstillende tests. Ganer Enge Ved Ganer Enge lige nordøst for Skjernåens udløb er der også peget på et potentielt areal til test af prototypemøller. Her er der Natura 2000-område både mod syd og vest med et meget rigt fugleliv omkring Skjernåens udløb i Ringkøbing Fjord. I Miljøministeriets miljøvurdering af potentielle arealer til test af prototypemøller er det vurderet, at området ved Ganer Enge potentielt kan påvirke både landskab, fugle og flagermus negativt. Derfor har Vestas vurderet, at dette område ikke er et realistisk alternativ. Opsummeret er de to alternative placeringer ved Lem Kær og Ganer Enge ikke vurderet at være realistiske alternativer, idet det første vil kræve fjernelse af 11 kun 2,5 år gamle vindmøller, og Ganer Enge er tæt på fuglerige Natura 2000-områder ved Skjernåens udløb. Alternativ placering af større vindmøller er ikke realistisk på nuværende tidspunkt. Alternative placeringer i Danmark Vestas har ikke umiddelbart andre pladser i Danmark, hvor man kan placere fire vindmøller på 200 meter, hvis området ved Velling Mærsk må opgives. Det vil for Vestas medføre, at man ikke har en plads i Danmark til afprøvning af parkvirkninger for V164, som forventes serieproduceret fra Der kan ikke startes forfra et andet sted, da planprocessen er så tidskrævende, at man ikke kan forvente at kunne have byggetilladelse på en anden plads før tidligst i Ved Maade nær Esbjerg er der igangværende planlægning for fire vindmøller med totalhøjde op til 200 meter opstillet på en lige række. Det har imidlertid vist sig, at der reelt er plads til to vindmøller på 200 meter, V164, og 2 vindmøller med totalhøjde 150 meter, V117, 3,3 MW. Området kan derfor ikke anvendes til test af parkvirkninger for V164 i samme udstrækning som Velling Mærsk om end Maade har andre fordele. Endvidere er der stor tidsmæssig usikkerhed og en stor lokal modstand, som gør projektet usikkert.

5 5 / 10 Derfor skal vindmøllerne stå i en bue Det er planlagt, at der skal opstilles fire vindmøller i en bue fra sydøst over syd til nordvest. Opstillingen er valgt, fordi den giver de mest optimale muligheder for målekampagner i modsætning til en ret linje eller et kvadrat. Opstillingsmønster i bueform for Velling Mærsk forsøgspark bestående af 4 x V MW giver anledning til en mangfoldighed af individuelle målekampagner med henblik på datasimuleringer, som i kort form vil blive beskrevet nedenfor. Hovedformålet med diverse målekampagner er at sikre viden omkring møllernes drift i forskellige kombinationsopstillinger, hvilket gøres ved individuelle driftsformer ( tænd/sluk af møller i målekampagne øjemed og individuelle driftsstrategier). Forventet erfaringsopbygning er bl.a. at få efterprøvet møllernes indvirkning på hinanden under skiftende vindretninger, så fremtidens havmølleparker, både near shore og deep sea, opstilles optimalt i forhold til både produktion (MWh) og langsigtede drifts- og service strategier. Endvidere testes SCADA-operation med individuel regulering af møllerne, så parken kan betragtes som et kraftværk og samtidig sikre et stabilt elnet ved møllernes regulering. Desuden vil der være efterprøvning af software-applikationer som led i fremtidig udvikling/optimering af mølleparker. Opstillingen i en bue giver følgende muligheder for målekampagner: Figur 1: Målekampagne hele parkområdet.

6 6 / 10 Figur 2: Målekampagne med 3 møller. Figur 3: Målekampagne med 2 møller.

7 7 / 10 Figur 4: Målekampagne med 2 møller. Figur 5: Målekampagne med 2 møller. Figur 1 til 5 illustrerer, at opstillingen i buen giver 9 forskellige muligheder for målekampagner. Derfor er denne opstilling valgt som den mest ideelle for afprøvning af de mange situationer for indbyrdes påvirkning, som vindmøllerne vil blive udsat for i en større havmøllepark. For producenten af

8 8 / 10 vindmøllerne er det kritisk at have det optimale layout med flest mulige verifikationsmønstre / - muligheder, hvad den valgte opstillingsform i høj grad tilgodeser set i forhold til mere traditionel rækkeopstilling eller symmetriske opstillingsmønstre. Se til sammenligning nedenfor de mulige kampagner ved lige række eller kvadrat, der giver mulighed for færre målekampagner. Fravalgte opstillingsmønstre Opstilling på en lige række Det er skitsemæssigt undersøgt, om der kan opstilles fire vindmøller på en lige række som det er anbefalet i Vejledningen til Vindmøllecirkulæret. Det vil give et lettere opfatteligt opstillingsmønster, men der vil dog stadig være situationer med forskellige størrelser, hvor opstillingen ikke opleves harmonisk. For at kunne opstille vindmøllerne på en ret linje, vil det være nødvendigt at nedlægge to store velfungerende ejendomme med boliger ved Vennervej 7 og 9, dels for at kunne overholde afstandskravet på fire gange totalhøjden, dels for at kunne overholde Vindmøllebekendtgørelsens grænseværdier for støj. Det er vurderet at være meget vanskeligt at nedlægge de to boliger. Dertil kommer, at opstilling på lige linje ikke giver tilstrækkelige muligheder for test af vindmøllernes indbyrdes påvirkning. Figur 6: En lige række giver mulighed for to forskellige målekampagner, på langs og på tværs, hvilket ikke er tilstrækkeligt for at sikre, at vindmøllerne fungerer optimalt, når de er opstillet i en større park på havet.

9 9 / 10 Opstilling i et kvadrat Det er skitsemæssigt undersøgt, om vindmøllerne kan opstilles i et kvadrat i stedet for buen. I forhold til afstand til naboer og støj er det muligt. Opstillingen vil med fire lige store vindmøller være lidt bedre visuelt i landskabet, men hvis der opstilles forskellige størrelser, vil det blive svært at opfatte opstillingsmønsteret. Opstilling i et kvadrat giver ikke tilstrækkelige muligheder for test af vindmøllernes indbyrdes påvirkning. Mønsteret er fravalgt, da det ikke giver tilstrækkelige muligheder for målekampagner. Figur 7: Opstilling i kvadrat giver mulighed for tre forskellige målekampagner, hvilket ikke er tilstrækkeligt for at sikre, at vindmøllerne fungerer optimalt, når de er opstillet i en større park på havet. Hvad skal testes Formålet er primært at teste, hvorledes vindmøllerne påvirker hinanden, når der er flere vindmøller. Derfor skal der opstilles fire forsøgsmøller på en bue, for at man får en indbyrdes påvirkning uanset vindretningen og flest mulige kombinationer for målekampagner. Der ud over vil man teste forskellige installationsmetoder, afprøvning af installationsværktøjer, servicekoncepter, reguleringsprincipper, pålidelighed af designet og ikke mindst møllens elektriske egenskaber. For at kunne teste vindmøllens egenskaber kan det være nødvendigt at have en målemast, der når op i navhøjden for vindmøllerne. Målemasten vil dog ikke være nødvendig på kort sigt. 1. Møllernes drift i forskellige kombinationsopstillinger, hvilket gøres ved individuelle driftsformer ( tænd/sluk af møller i målekampagne øjemed og individuelle driftsstrategier). 2. Forventet erfaringsopbygning er bl.a. at få efterprøvet møllernes indvirkning på hinanden under skiftende vindretninger, så fremtidens havmølleparker, både near shore og deep

10 10 / 10 sea, opstilles optimalt i forhold til både produktion (MWh), som langsigtede drifts- og servicestrategier. 3. Udførelse af SCADA operation med individuel regulering af møller, således at parken kan betragtes som et kraftværk og samtidig sikre et stabilt elnet ved møllernes regulering. 4. Efterprøvning af software applikationer som led i fremtidig udvikling/optimering af mølleparker. 5. Teste vindmøllernes indbyrdes påvirkning fra så mange retninger som muligt. 6. Teste påvirkning ikke bare fra én nabomølle, men fra flere vindmøller i en park. 7. Teste den indbyrdes påvirkning fra så mange vindretninger som muligt. 8. Teste påvirkning fra vindmøller, der står i forskellig afstand. For eksempel påvirker vindmøller opstillet i diagonalen i et gridmønster også hinanden, selv om påvirkningen er mindre kraftig end fra den nærmeste vindmølle i rækken. 9. Teste og optimere de elektriske egenskaber, når 4 så store møller kobles til samme net. 10. Test af installationsværktøjer, opstillingsprocedurer, driftserfaringer, servicestrategier, nye komponenter med mere. På sigt kan møllerne blive brugt til test af nye komponenter, konfigurationer, kontrolsystemer, større eller mindre rotor med mere i lighed med brugen af Lem Kær siten, hvor det er den mindre 3 MW platform, der afprøves. Efter V164 er testet færdig, vil der blive testet nye vindmøllemodeller ved Velling Mærsk. Det kan ske ved enten at udskifte dele af vindmøllerne eller hele vindmøller. Mest sandsynligt vil der blive tale om at sætte en større rotor på vindmøllerne, men det vil også kunne forekomme, at fundament og hele det øvrige af vindmøllerne på sigt skal udskiftes. Med venlig hilsen Vestas Wind Systems A/S Anders Vedel EVP & CTO Technology & Service Solutions