A feasibility analysis of a potential wind farm in Keldur : turbine selection, production prediction, and leading edge erosion review.

Abstract

To be able to meet the goals for the energy transition, wind power needs to be installed at an exponential level globally in the next few years. As Icelandic energy demand grows, new sources of energy are needed. Wind power is an attractive generation technique due to theclimatological conditions of the country. The Norwegian company Zephyr has researched various different sites, one of them located in Keldur. This study has three aims. First, to analyze the feasibility of this wind farmby using wind measurements fromVeðurstofa Ísland from the Hella weather station and using the Wind Atlas Analysis and AssessmentProgram (WAsP) to generate a localized wind climate in the area of Keldur and predict an Annual Energy Production (AEP) and a Capacity Factor (CP) by using a theoretical wind turbine. Second, a hybrid of two Multi-Criteria Decision Making Methodologies (MCDM) was used to select the best performing turbine of available manufacturers. Third, risk of leading edge erosion was researched. Existing Leading Edge Erosion mitigation techniques were reviewed in literature.According to the WAsP simulation, the wind in the area has a constant direction and low variability in speed making it an efficient area for wind farmdevelopment, reaching a Capacity Factor of 53%.The Vestas V136-4.2 ranked best in a Fuzzy Logic Technique for Order of Preference by Similarity to an Ideal Solution (TOPSIS) methodology which involved five other turbines evaluated by three different criteria. Finally, Precipitation data was compared to a ErosionControl mode proposed in literature, which resulted in the precipitation levels expected neat Keldur not reaching the strictest threshold for enabling of the erosion control operation scenario indicating corrective measures the most cost effective solution in both time and energy output.

Til að ná markmiðum um orkuskipti, þarf vindorka á heimsvísu að aukast í veldisvexti á komandi árum. Eftir því sem orkuþörf Íslands eykst, verður þörf á nýjum orkugjöfum. Vindorka er aðlaðandi valkostur vegna loftslagsskilyrða landsins. Norska fyrirtækið Zephyr hefur rannsakað ýmsa staði, einn þeirra á Keldum. Markmið þessarar rannsóknar eru þrjú.Í fyrsta lagi, að greina hagkvæmni þessa vindorkugarðs með því að notast við vindmælingar frá Veðurstofu Íslands, nánar tiltekið frá veðurstöðinni á Hellu, og með því að nota hið svokallaða Wind Atlas Analysis and Assessment Program (WAsP) til að búa til staðbundiðvindafar á Keldum og spá fyrir um árlega orkuframleiðslu, svokallað Annual Energy Production (AEP) sem og nýtnistuðul (CP) með því að nota fræðilega vindmyllu. Í öðru lagi, að velja bestu túrbínuna sem völ er á út frá blöndu af tveimur ákvörðunarmódelum (e. Multi-Criteria Decision Making Methodologies), (MCDM). Í þriðja og síðasta lagi, að rannsaka hættu á veðrun vindmylluspaðanna með tilliti til núverandi og leiðandi tækni til að draga úr veðrun spaðanna sem greint var frá í fræðilega hluta rannsóknarinnar. Samkvæmt WAsp líkaninu hefur vindur á svæðinu stöðuga stefnu og lítinn breytileika í hraða sem gerir það að skilvirku svæði fyrir þróun vindorkuvera. Þá var nýtnistuðullinn, CP, allt að 53%. Skilvirkasta túrbínan reyndist Vestas V136-4.2 samkvæmt aðferðafræði Fuzzy Logic Technique for Order of Preference by Similarity to an Ideal Solution (TOPSIS) sem tók mið af fimmtúrbínum út frá þremur mismunandi viðmiðum. Að lokum voru úrkomugögn borin saman við upplýsingar um veðrun út frá fræðilega hlutanum sem leiddi að þeirri niðurstöðu að úrkomumagnið sem búast má við nærri Keldum, ná ekki ströngustu viðmiðunarmörkum til að virkja varnaraðgerðir tengdri veðrun. Niðurstöðurnar gefa til kynna leiðréttingarráðstafanir um hagkvæmustu lausnina bæði í tíma og orkufrálagi.