SKARV-prosjektet hadde sitt fjerde prosjektmøte i Trondheim 1. oktober. For et år siden viste prosjektet at å flytte bladene rundt 20 grader idet en fugl krysser rotorplanet, kan hindre en kollisjon. Jo lenger prosjektet kommer, desto mer konkrete blir spørsmålene: Nøyaktig når bør turbinen reagere, og hva koster manøveren?
Et smalt tidsvindu
Radardata som prosjektpartneren NINA har analysert, viser at en fugls flyrute kan forutsies noen sekunder fram i tid, men ikke stort lenger. Etter rundt ti sekunder er avviket mellom prognose og faktisk posisjon så stort at prognosen har liten verdi når målet er å unngå kollisjoner.
I motsatt ende trenger en stor rotor tid på å reagere. Å forskyve bladene de 20 gradene som skal til for å unngå en kollisjon, tar fire sekunder lenger på en 22 MW-turbin enn på en 3,4 MW-turbin, på grunn av rotorens treghet. Unnamanøveren må gjennomføres innenfor dette vinduet.
Når skal turbinen gripe inn?
William Jussiau, postdoktor ved Institutt for teknisk kybernetikk på NTNU, presenterte simuleringsarkitekturen som tar denne avgjørelsen. SKARV er utformet som et lag oppå turbinens eksisterende styresystem, ikke som en erstatning for det.
En overvåkingsfunksjon (supervisor) anslår fortløpende risikoen for at en fugl som nærmer seg, treffer et blad dersom turbinen fortsetter å gå som normalt. Anslaget kombinerer to ting: sannsynligheten for at fuglen i det hele tatt krysser rotorplanet, og hvor nær et blad den sannsynligvis passerer når all usikkerhet er regnet inn. Tanken er at turbinen skal reagere når risikoen overstiger en fastsatt terskel.
Like før en mulig kollisjon nås et punkt uten retur (commit point): Er manøveren først satt i gang, fullføres den. Prosjektet tester flere reguleringsstrategier med økende kompleksitet, fra en fast reduksjon av rotorhastigheten til en som også tar hensyn til vindhastighet og belastning på tårn og blader.
Prosjektet kjører nå en serie Monte Carlo-simuleringer som skal pågå de kommende månedene. Serien består av et stort antall simulerte møter mellom fugl og turbin, der fugletype, vindforhold, turbulens og sensorstøy varieres tilfeldig fra kjøring til kjøring. Slik blir systemet testet mot hele spekteret av situasjoner det kan komme ut for i praksis. Ved å kjøre de samme møtene både med og uten unnvikelsessystemet ser forskerne hvor konseptet holder, og hvor det svikter. Resultatene skal også bidra til å fastsette parameterne i overvåkingsfunksjonen, for eksempel risikoterskelen som skal utløse en manøver.
Hva manøveren koster
Hver unnamanøver gir en brå endring i belastningen på turbinen. Valentin Chabaud fra SINTEF Energi påpekte at store lastutslag bidrar uforholdsmessig mye til utmattingsskaderutmattingsskader. Én kort, ekstrem hendelse kan derfor tære like mye på turbinens levetid som en lang periode med normal drift.
En første simulering tyder på at skadene i hovedsak ser ut til å ramme tårn og drivverk, ikke bladene, og at de ligger i samme størrelsesorden som slitasjen fra nedregulering, noe vindparker allerede gjør for å støtte strømnettet. Anslaget er foreløpig og bygger på ett enkelt lasttilfelle, men nok til at turbinens levetid nå er et uttalt designkriterium i SKARV. Den relevante sammenligningen er med alternativet: En unnamanøver sliter mindre på turbinen enn full stans.
Fra utforming til demonstrasjon
SKARV bruker to simuleringsoppsett. Begge er bygd opp av de samme lagene: en modell av fuglens flyrute, unnvikelsesstyringen, turbinens egen regulator og en modell av selve turbinen.
Det første oppsettet brukes til å utforme SKARV-styringen og kombinerer en egenutviklet turbinregulator med en turbinmodell med middels detaljeringsgrad. Det er her arbeidet med å avgjøre når turbinen skal gripe inn, er gjort. Det andre oppsettet skal brukes til testing og demonstrasjon: en typisk industriregulator, representert ved ROSCO-regulatoren, og en turbinmodell med høy detaljeringsgrad. Demonstrasjonene skal gjøres i programvaren Ashes fra Simis, som springer ut av NTNU.
Prosjektleder Paula Bastos Garcia Rosa presenterte arbeid som ligger mellom de to oppsettene. Forskerne har kjørt den egenutviklede regulatoren, som følger grunnstrukturen i ROSCO, på turbinmodellen med høy detaljeringsgrad. Målet var å sjekke ytelsen og se om regulatoren må tilpasses for at den bedre skal fange opp dynamikken i industrielle regulatorer.
Hittil har styringen vært utformet med en forenklet modell av fuglenes flyruter. De kommende månedene skal denne erstattes av NINAs prediksjonsmodell, og reelle sporingsdata fra fugler skal inn i simuleringene.
«Prosjektet går etter planen. Vi har et simuleringsoppsett for å utforme styresystemet, og nå undersøker vi hva som skal til for at det skal ligne mer på regulatorene som brukes i industrien. De kommende månedene skal vi ta i bruk NINAs prediksjonsmodell for fuglenes flyruter og fortsette simuleringene som skal hjelpe oss med å finjustere varslingssystemet», sier Paula Bastos Garcia Rosa.
