WILLOW | Holistische en geïntegreerde digitale tools geven offshore windparken een langere levensduur en rentabiliteit

Windparken horen uitgangsvermogen te leveren volgens de behoeften van de netbeheerders, want de elektriciteitsproductie moet in real time worden afgestemd op de vraag. Er moet dus soms minder vermogen worden afgeleverd dan er beschikbaar is. De optimale afstemming van het aanbod op de vraag en de impact van die maatregelen op de infrastructuur zijn complex, terwijl het nog aan inzichten ontbreekt. Het Europese WILLOW-project heeft als doel een geïntegreerd systeem te ontwikkelen dat de exploitanten van offshore windparken een gezonde ’curtailment’-strategie aanreikt.

Context

Op de ‘day-ahead’-markt wordt de productie van windenergie gemaximaliseerd door de output van andere beschikbare elektriciteitsbronnen aan te passen aan de variabiliteit van windenergie. Die aanpak wordt echter ter discussie gesteld. Windparken (‘wind farms’ of WF's) zouden een voorgeschreven uitgangsvermogen moeten leveren dat overeenstemt met de behoeften van de netbeheerders, in plaats van altijd zoveel mogelijk energie te produceren. Soms moeten ze hun productie verlagen en minder stroom opwekken.

Hoe gebeurt dat vandaag? 

Vandaag wordt de productie van windparken voornamelijk op twee manieren geregeld:

• enkele turbines uitschakelen: een bepaald aantal turbines wordt stilgelegd en de resterende turbines draaien op maximumcapaciteit;
• de productie van elke turbine verlagen: het vermogen van elke turbine wordt in dezelfde mate verlaagd. Dit kan een ongunstig effect hebben op de levensduur.

Beide methoden zijn erop gericht de elektriciteitsproductie af te stemmen op de behoeften van het net, maar houden elk hun eigen uitdagingen en mogelijke nadelen in. Dat de toepassing van nieuwe beslissingsprocedures voor de regeling van windparken weinig succesvol is, ligt aan meerdere oorzaken:

• de complexiteit van componentslijtage en netintegratie: de controle van slijtage van windparkcomponenten en de gelijktijdige naadloze integratie met het net brengen aanzienlijke uitdagingen met zich;
• snelle slijtage: offshore windparken zijn gevoelig voor bijkomende slijtagefactoren zoals:
  • corrosie: vochtigheid en zout versnellen de corrosie van componenten;
  • bijkomende belastende factoren: golven, getijden en stromingen veroorzaken extra mechanische spanning en bemoeilijken zo het onderhoud en de exploitatie.

Doelstellingen

Het project beoogt de ontwikkeling van open-source, data-gedreven tools om de operationele energiekosten te verlagen, de productie door windparken te verhogen en de bedrijfsrisico's te beoordelen. Door de introductie van geavanceerde digitale en fysieke tools zullen exploitanten beter geïnformeerde beslissingen kunnen nemen om windparken te optimaliseren, hun levensduur te verlengen en hun buitendienststelling te plannen. Deze innovaties kunnen bijdragen tot een lagere ‘levelised cost of energy' (LCOE) door de 'resterende nuttige levensduur' van de substructuren te verlengen zoals bepaald in de doelstellingen van het SET-plan.

Verwachte effecten

• Lagere onderhoudskosten - een verlaging van de inspectiekosten met 50%
• Optimalisering van ontwerp & gebruiksduur - 20% langere levensduur van windparken, ontworpen om 25 jaar mee te gaan
• Milieueffecten - verwachte vermindering van de geluidhinder met 4%
• Levelised cost of energy (LCOE) - tot 10% lagere LCOE, tussen 3,5 en 4,5 €/MWh
   

Benadering

‘Global structural health monitoring’ (SHM) integreert belastende factoren, acceleraties, beelden en dikteverlies om vermoeiing, putcorrosie en coatingdegradatie te beoordelen. Deze benadering gebruikt zowel fysieke als virtuele sensoren in combinatie met machine learning (ML) technieken. Door SCADA- en SHM-gegevens met fysieke modellen en ML-methoden te combineren, kunnen geavanceerde prognosetools de opgebruikte en de resterende nuttige levensduur van windparkcomponenten voorspellen. Een beslissingsondersteunende tool helpt bij slimme energiedistributie in bepaalde inperkingssituaties. Bovendien optimaliseert hij de exploitatie en de onderhoudsplanning (O & M). Deze globale strategie zorgt voor verbeterde betrouwbaarheid en efficiëntie van windparken en een langere levensduur.

Doelgroep

Industrie: exploitanten van windparken (WFO's) en elektriciteitsbedrijven als eindgebruikers, elektriciteitsnetbeheerders (TNB's en DNB's), die de WFO's correctere inperkingspunten kunnen meedelen, fabrikanten van structurele componenten voor offshore windparken, leveranciers van windparkcontrollers, ondernemingen die diensten en producten voor het onderhoud van windturbines en windparken leveren.

Beleidsmakers

RTO's: onderzoekscentra en universiteiten, om de tools verder te ontwikkelen en de diensten te leveren

Samenleving: bewustmaking van de bevolking

Financiering

WILLOW wordt volledig gefinancierd door de Europese Unie
EU-subsidie: ~5,8 M€ (financieringsratio 100%)

• Kader
  • Call: HORIZON-CL5-2022-D3-03 (duurzame, veilige en concurrerende energievoorziening) 
  • Thema: HORIZON-CL5-2022-D3-03-04 
  • Typeactie: HORIZON-RIA

Sirris expertise

Toegang tot offshore testsite
Sirris werkt al jarenlang samen met Blue Accelerator om offshore tests uit te voeren. Wij hebben een gegevensverzamelsysteem ter plaatse. Bovendien beschikken we over de nodige ervaring en samenwerkingsprotocollen om offshore blootstellingstests uit te voeren.

Lab gespecialiseerd in coatingdegradatie
Sirris heeft een laboratorium, gespecialiseerd in versnelde coatingdegradatietests (zoutnevel, QUV, vochtigheidskamers, cyclische tests) en in het aanbrengen en de evaluatie van coatings (coatinghardheid, dolly pull-off, krastests, elektrochemische tests).

Corrosielab
Sirris heeft een laboratorium, gespecialiseerd in versnelde corrosietests (elektrochemische tests, onderdompeling, zoutnevel, putcorrosietests, chemisch laboratorium) en het beoordelen van corrosie (optische en elektronenmicroscopie, SEM-EDX, penetrantonderzoek, putdieptemetingen).