During the last three decades, the hub height of wind turbines has increased from 24 to 162 meters and with an increasing demand for break-through innovations in green energy production it seems likely that this trend will continue. The meteorological preconditions for extreme-scale wind turbines are investigated for Scandinavia using 33 years of reanalysis data from MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications). Second degree polynomials are fitted to the wind and temperature profiles and evaluated at 100, 200 and 300 m above ground level (AGL). The spatial and temporal variation of average wind speed and median wind power density is studied. Simple metrics such as the wind shear and risk of icing, measured as occasions with temperature below freezing, are used to give an idea of the loads on the wind turbines. Winter is the windiest season, and generally the wind speed is highest over sea and in the Scandinavian mountain range. Going from 100 to 300 m AGL the average wind speed increases with 1 m/s over sea and 2 m/s over land. During night the wind speed increases over land but decreases over sea compared to daytime values. On average the wind shear is about 3.6 times larger in the 50-100 m layer than in the 100-300 m layer. The calculated wind field at 100 m AGL has been compared with results from the MIUU-model, developed at the Department of Meteorology, Uppsala University. The general features are captured but there are important discrepancies between the coast and the mountains in the northern part of Sweden. MERRA data has been validated in different ways, for example by comparing with measured wind speed and temperature profiles. The temperature profiles are in good agreement while the wind profiles differ significantly. It is also shown that MERRA data is not internally consistent in the mountain range, causing a large uncertainty. In future studies, the risk of icing could be explored further. Also, the distribution of sound from extreme-scale wind turbines could be investigated. / Under de senaste tre decennierna har navhöjden för vindkraftverk ökat från 24 till 162 meter och med en ökande efterfrågan på banbrytande innovationer inom produktion av grön energi är det troligt att denna trend kommer att fortsätta. De meteorologiska förutsättningarna för extremskaliga vindkraftverk i Skandinavien undersöks baserat på 33 års återanalysdata från MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications). Andragradspolynom anpassas till vind- och temperaturprofilerna och evalueras på höjderna 100, 200 och 300 meter över markytan. Variationen i rummet och med tiden av medelvindhastigheten och medianen av vindenergiintensiteten studeras. Enkla mått som vindskjuvningen och risken för nedisning, mätt som antalet tillfällen då temperaturen understiger fryspunkten, används för att ge en uppfattning om risken för belastningarna på vindkraftverken. Vintern är den årstid då det blåser mest och i allmänhet är vindstyrkan högst över hav och i fjälltrakterna. Förflyttar man sig från 100 till 300 m över markytan ökar medelvindhastigheten med 1 m/s över hav och med 2 m/s över land. Under natten ökar vinden över land men minskar över hav i jämförelse med värdena under dagen. I medeltal är vindskjuvningen 3.6 gånger större i 50-100 m skiktet jämfört med 100-300 m skiktet. Det beräknade vindfältet på 100 m över markytan har jämförts med resultat från MIUU-modellen, utvecklad vid institutionen för meteorologi, Uppsala universitet. De allmänna dragen är samma men det finns viktiga avvikelser mellan kusten och fjälltrakterna i norra Sverige. MERRA-data har validerats på olika sätt, till exempel genom att jämföra med uppmätta vind- och temperaturprofiler. Temperaturprofilerna visar god överensstämmelse men det är signifikanta skillnader mellan vindprofilerna. Det visas också att MERRA-data inte är konsistent i fjälltrakten, vilket medför en stor osäkerhet. I framtida studier kan risken för nedisning studeras utförligare liksom ljudutbredningen från extremskaliga vindkraftverk.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-200001 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Hallgren, Christoffer |
| Publisher | Uppsala universitet, Luft-, vatten och landskapslära |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, 1650-6553 ; 262 |
Page generated in 0.003 seconds