Vindkart for Norge - NVE

1 O P P D R A G S R A P P O R T ANorges vassdrags- og energidirektoratMiddelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua0301 OsloTelefon: 22 95 95 95 Telefaks: 22 95 90 00 Internett: for Norge92009 Vindkart for Norge Norges vassdrags- og energidirektorat 2009 Rapport nr 9/2009 Vindkart for Norge Oppdragsgiver: NVE Redakt r: Forfatter: yvind Byrkjedal, Espen kervik, Kjeller Vindteknikk Trykk: NVEs hustrykkeri Opplag: 50 Forsidefoto: ISSN: 1503-0318 Sammendrag: Ved benytte mesoskalamodellen Weather Research and Forecast Model har vindressurser for hele Norge blitt kartlagt. Kartleggingen er basert p modellberegninger med en horisontal oppl sning p 1km over landomr der og i kystn re omr der. Til havs har en grovere oppl sning blitt benyttet. Det har blitt gjort kartb ker som viser normal rskorrigert middelvind og forventet produksjon i h ydene 50m, 80m og 120m. I tillegg blir isingskart, RIX kart som viser terrengkompleksiteten og Weibull-parametre vist.

2 Resultatene er validert mot data fra vinddata fra 50m m lemaster langs kystomr dene fra S rlandet til Finnmark. Vi finner generelt godt samsvar mellom observasjoner og modell tatt i betraktning lokale terrengvariasjoner. Emneord: Vindkart , vindressurser Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: 22 95 95 95 Telefaks: 22 95 90 00 Internett: Oktober 2009 Innhold Forord .. 2 1 Innledning .. 3 2 Beskrivelse av modell og 6 Weather Research and Forecast model WRF) ..6 Beskrivelse av innngangsdata ..6 Modelloppsett ..7 3 Normal rskorrigering .. 11 Standardmetode for normal rskorrigering ..11 Normal rskorrigering av modelldata ..11 Valg av metode ..11 4 Metodikk for produksjonsberegninger .. 13 Effektkurver ..13 Hastighetsfordeling og Weibull formfaktor Brukstimer ..14 Fylkesvis 5 Metodikk for RIX-beregninger .. 18 6 Metodikk for isingsberegninger .. 19 Beregning av isingsintensitet.

3 19 7 Modellvalidering mot observert vindklima .. 21 8 Diskusjon av 24 Usikkerhet i rsmiddelvind knyttet til egenskaper ved modellen ..24 Usikkerhet i rsmiddelvind knyttet til normal rskorrigering ..25 Usikkerhet i isingsberegningene ..25 Usikkerhet i 9 Presentasjon av 29 Normalkorrigert middelvind ..29 RIX-kart ..30 Isingskart ..30 Weibull formaktor ..31 Forventet brukstid for Bibliografi .. 33 Forord Av ny fornybar energiproduksjon vil vindkraft utgj re en betydelig andel. NVE har derfor sett det som en viktig oppgave kartlegge landets utbyggbare vindkraftressurser. Tidligere har NVE kartlagt vindressursene langs norskekysten fra Lindesnes til den russiske grensen. Denne avgrensningen reflekterer det forhold at det er her man finner de beste vindkraftressursene, men ogs at den metoden som er brukt har gjort det vanskelig kartlegge vindressursene lenger innover i landet. Nye og bedre metoder samt st rre datamaskinkapasitet gj r det n til en overkommelig oppgave kartlegge vindressursene ogs i de indre omr der av landet.

4 NVE har derfor engasjert Kjeller Vindteknikk til gjennomf re en ny og landsomfattende kartlegging av vindressursene over fastlands- Norge og havomr dene utenfor. Fra f r vet en at vindressursene til havs n rmest er ubegrensede. Det viser seg imidlertid at vindforholdene varier mye og det foreliggende vindkartet kan bli et viktig verkt y for klarlegge hvilke omr der av Nordsj en og Norskehavet som er best egnet for vindkraftproduksjon. N r det gjelder fastlands- Norge , har vindressurskartleggingen avdekket at det ogs finnes store omr der i de indre deler av landet som kan v re egnet til kraftutbygging. Dette har tidligere ikke v rt kjent. Kartleggingen viser at de fysiske vindressursene er sv rt store og at de er fordelt over store deler av landet. Det er i denne unders kelsen ikke gjort noen vurdering av hvor stor del av disse ressursene som i praksis kan bygges ut. Hvorvidt et omr de er egnet for kraftutbygging er ikke bare er et sp rsm l om tilgang p vindressurser.

5 Forhold som gjelder konomi og milj vil erfaringsmessig begrense utbyggingen i stor grad og f re til at de konomisk utbyggbare ressursene blir vesentlig mindre enn de fysiske ressursene som er beregnet her. Oslo, oktober 2009 Marit Lundteigen Fossdal Torodd Jensen avdelingsdirekt r seksjonssjef KVT/ B/2009/038 3/34 1 Innledning Vindressurskartlegging er viktig for planleggingen av nye vindkraftverk. En slik kartlegging handler om innhente mest mulig informasjon om vindklimaet i de aktuelle utbyggingsomr dene. Vindm linger er den mest vanlige, og ogs mest n yaktige m ten, innhente denne informasjonen p . Ulempen med denne metodikken er at man gjennom en vindm lemast bare f r tilgang til vinddata i ett geografisk punkt. Dersom man vil ha informasjon om den romlige variasjonen i vindklimaet m man ty til modeller. I dette arbeidet har den s kalte mesoskalamodellen Weather Research and Forecasting (WRF) blitt brukt for kartlegge vindressurser i Norge .

6 Kjeller Vindteknikk har tidligere utf rt flere arbeider med mesoskalamodeller for vindressurskartlegging over land (se for eksempel (KVT/ B/2007/010), (KVT/EB/2007/023), (KVT/ B/2008/034) og (KVT/ B/2008/043)) og over hav (KVT/ B/2009/013). Disse arbeidene har vist at modellen gir gode resultater sammenlignet med observasjoner p land der vi for omr der med liten terrengkompleksitet finner at modellresultatene ligger innenfor 10% av observert verdi. Korrelasjonen for timesdata er typisk i intervallet Sammenlignet med plattformdata i Nordsj en finner vi ogs h y korrelasjon p timesbasis (~ ), men avvik i den beregnede middelvinden (KVT/ B/2008/043). Dette avviket skyldes langt p vei usikkerheter knyttet til observasjonene og hvordan m lingene blir p virket av selve plattformen. Sammenligninger med offshore data fra Fino1 plattformen s r i Nordsj en har vist meget bra overensstemmelse mellom modellen og observasjoner b de n r det gjelder korrelasjon og midlere vindhastighet (Berge, et al.)

7 2009). Avviket i middelvinden for en 4 rs periode var p 2% i 100m h yde. N yaktigheten til modellresultatene i dette arbeidet har blitt evaluert gjennom sammenligning med m lt vindklima p en rekke lokaliteter i Norge . Kjeller Vindteknikk har f tt tilgang til m ledata fra 22 ulike master eid av ulike selskaper som utvikler vindparker i Norge . Vinddataene fra disse mastene er anonymisert for bruk i denne studien. Alle mastene m ler vindstyrke og vindretning i 50m h yde over bakken. Disse datasettene har betydelig h yere kvalitet enn standard 10m observasjonsdata fra Det Norske Meteorologiske Institutt ( ). KVTs erfaring fra bruk av kyststasjoner fra er at de ofte er lite representative for vindklimaet i vindparker som kan ligge flere titalls kilometer unna observasjonspunktene. rsakene til dette kan v re at m lingene er foretatt i lav h yde (10m) og at det lokalt kan v re store variasjoner i terreng og overflateegenskaper.

8 Vi kan heller ikke forvente at disse stasjonene skal v re representative for offshore forhold. Det vil v re store forskjeller p vindforholdene offshore i kystn re omr der og omr der lenger til havs. B de vindhastighet og vindretning blir p virket av landmassene et godt stykke ut fra kysten gjerne til en avstand av 50km og mer. Vinddata fra numeriske meteorologiske modeller/analyser er tilgjengelige med en horisontal oppl sning p 50-200km globalt. En slik horisontal oppl sning er imidlertid for grov til gi informasjon om forventede lokale vindforhold. Derimot er slike modelldata likevel godt egnet som inngangsdata til finere skala meteorologiske modeller, s kalte mesoskalamodeller. En database med modellkj ringer fra HIRLAM, den operasjonelle meteorologiske modellen til , med 10km oppl sning finnes ogs tilgjengelig. For store havomr der et stykke ut fra kysten vil slike data gi et godt bilde av vindressursene.

9 I kystn re omr der derimot er ikke 10km oppl sning tilstrekkelig for beskrive lokale variasjoner og p virkningen fra topografi eller land/hav fordelingen. KVT/ B/2009/038 4/34 I dette arbeidet har vi benyttet meteorologiske data med en oppl sning p ca. 50km som inngangsdata til WRF. Beregningene med WRF er utf rt for ett kalender r med en horisontal oppl sning p 1km over land og i kystsonene ut til omtrent 50km fra land. Utenfor dette er det brukt en oppl sning p 4km. Disse simuleringene danner grunnlaget for det utarbeidete Vindkart for Norge . I denne rapporten blir metodikken bak de endelige vindkartene presentert. Vindkartene inneholder ulike vindparametre i tre forskjellige h yder over nullplansforskyvningen. Disse tre h ydene er 50m, 80m og 120m. P det n v rende tidspunkt er 80m h yde den mest aktuelle i vindkraftsammenheng, da dagens turbiner ofte har denne navh yden.

10 For sm skala vindkraftverk vil derimot en 50m h yde v re mer aktuelt og likeledes vil man fremover se at vindturbiner kan ha en navh yde opp mot 120m. De ulike vindparametre som blir presentert er; normal rskorrigert middelvind, potensiell ising, terrengvariasjon i form av et s kalt RIX kart og forventet brukstid. I kapittel 2 blir mesoskalamodellen WRF presentert. Videre blir kapittel 3 brukt til beskrive hvordan man korrigerer ett rs modellsimuleringer til representere langtidsklima. I de p f lgende kapitlene 4,5 og 6 blir metodikken for produksjonsberegning, RIX beregning og isberegninger gitt. En validering mot m lt vindklima er presentert i kapittel 7. Usikkerheten knyttet til de ulike vindkartene er presentert i kapittel 8, mens en beskrivelse av de ulike vindkartene er gitt i kapittel 9. Et sammendrag er gitt i kapittel 10. De ulike vindkartene er for omfattende til ta med i denne rapporten, og de vil bli gitt i separate dokument.