Preliminary Baltic Sea wind resource assessment by means of mesoscale and empirical data utilization
M. Kostrzewa 1  
 
More details
Hide details
1
Independent Expert
Publication date: 2018-12-31
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2018;21(4):21–42
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This article, as far as possible based on the available literature, empirical measurements, and data from mesoscale models describes and compares expected wind conditions within the Baltic Sea area. This article refers to aspects related to the design and assessment of wind farm wind resources, based on the author’s previous experience related to onshore wind energy. The consecutive chapters of this publication are going to describe the present state and the presumptions relating to the development of wind energy within the Baltic Sea area. Subsequently, the potential of the sea was assessed using mesoscale models and empirical data from the Fino 2 mast that is located approximately 200 kilometers away from the majority of areas indicated in the Polish marine spatial development plan draft of Poland for offshore wind farm development (Maritime Office in Gdynia 2018). In the chapter describing mesoscale models, the author focused his attention on the GEOS5.12.4 model as the source of Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Application 2 data, also known as MERRA2 (Administration National Aeronautics and Space Agency, 28), which, starting from February 2016, replaced MERRA data (Thogersen et al. 2016) and have gained a wide scope of applications in the assessment of pre-investment and operational productivity due to a remarkable level of correlation with in-situ data. Model-specific data has been obtained for eight locations, which largely overlap with the locations of the currently existing offshore wind farms within the Baltic Sea area. A significant part of this publication is going to be devoted to the description of the previously mentioned Fino 2 mast and to the analysis of data recorded until the end of 2014 by using the said mast (Federal Maritime and Hydrographic Agency 2018). The analysis has been carried out by means using scripts made in the VBA programming language, making it easier to work with large chunks of data. Measurements from the Fino 2 mast, together with long-term mesoscale model-specific measurements can be used, to some extent, for the preliminary assessment of wind farm energy yield in the areas designated for the development of renewable energy in the Polish exclusive maritime economic zone (Maritime Office in Gdynia 2018). In the final part of this article, pieces of information on the forecasted Baltic Sea wind conditions, especially within the exclusive economic zone of Poland, are going to be summarized. A major focus is going to be put on the differences between offshore and onshore wind energy sources, as well as on further aspects, which should be examined in order to optimize the offshore wind power development.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Ocena potencjału energetycznego Morza Bałtyckiego dla celów morskiej energetyki wiatrowej z wykorzystaniem danych empirycznych
morska energetyka wiatrowa, pomiar, energetyka odnawialna, model mezoskalowy, Fino 2, VBA, MERRA2
Niniejszy artykuł na tyle, na ile dostępna jest literatura, empiryczne pomiary oraz dane z modeli mezoskalowych opisuje i porównuje spodziewane warunki wietrzności na terenie Morza Bałtyckiego. Nawiązuje do problematyki związanej z projektowaniem oraz oceną spodziewanej produktywności farm wiatrowych na analizowanym terenie, w odniesieniu do dotychczasowych doświadczeń autora związanych z energetyką wiatrową na lądzie. W kolejnych rozdziałach niniejszej publikacji opisano stan obecny oraz prespektywy rozwoju energetyki wiatrowej w obrębie Morza Bałtyckiego. W dalszej części dokonano oceny potencjału tego akwenu, przy użyciu modeli mezoskalowych oraz danych empirycznych z masztu Fino 2, zlokalizowanego w odległości ok. 200 km od większości terenów wskazanych w projekcie miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego obszarów morskich Polski jako przeznaczonych pod rozwój enegetyki morskiej (Draft plan... 2018). W rozdziele dot. modeli mezoskalowych szczególną uwagę poświęcono modelowi GEOS5.12.4 jako źródle danych The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Application zwanych w skrócie MERRA2 (Administration National Aeronautics and Space Agency 2018), które od lutego 2016 r. zastąpiły dane MERRA (Thogersen i in. 2016) oraz zyskały wysokie zastosowanie w ocenach produktywności przedinwestycyjnych, jak i realizowanych w fazach operacyjnych projektów farm wiatrowych ze względu na dobry poziom korelacji z danymi in situ. Dane z tego modelu uzyskano dla ośmiu lokalizacji, pokrywających się w dużej mierze z lokalizacjami obecnie istniejących morskich farm wiatrowych w obrębie Morza Bałtyckiego. Znaczącą cześć niniejszej publikacji poświęcono opisowi wczesniej wspomnianego masztu Fino 2 oraz analizie danych, rejestrowanych przez czujniki umieszczone na tym maszcie (Federal Maritime and Hydrographic Agency 2018). Analiza została przeprowadzona z użyciem skryptów opracowanych w języku programowania VBA umożliwiającym łatwiejszą pracę z dużymi ilościami danych. Pomiary z masztu Fino 2 wraz z użyciem pomiarów długoterminowych pochodzących z modeli mezoskalowych mogą zdaniem autora posłużyć w pewnym stopniu, do wstępnej oceny przewidywanej produkcji farm planowanych do zlokalizowania w obrębie terenów przeznaczonych pod rozwój energetyki odnawialnej w planie zagospodarowania przestrzennego morskich wód wewnętrznych, morza terytorialnego i wyłącznej strefy ekonomicznej Polski (Draft plan... 2018). W części końcowej artykułu podsumowano informacje dot. przewidywanych warunków wietrznych Morza Bałtyckiego w szczególności na terenie wyłącznej strefy ekonomicznej Polski. Zwrócono uwagę na różnice pomiedzy energetyką wiatrową morską a lądową oraz zaproponowano dalsze, konieczne zdaniem autora kwestie, które powinny zostać zbadane w celu optymalnego pod kątem technicznym rozwoju energetyki wiatrowej offshore.
 
REFERENCES (27)
1.
Administration National Aeronautics and Space Agency. Global Modeling And Assimilation Office. [Online] https://gmao.gsfc.nasa.gov/rea... [Accessed: 2018-06-28].
 
2.
Alblas, L. 2014. Power output of offshore wind farms in relation to atmospheric stability. Journal of Physics: Conference Series 555. IOP Publishing.
 
3.
BVF Associates. 2017. Unleasing Europe’s offshore wind potential – A new resource assessment. WindEurope.
 
4.
BVG Associates. 2018. Assessment of Baltic hubs for offshore grid development. Baltic InteGrid.
 
5.
Draft plan... 2018. Draft plan for the spatial development of Polish Marine Areas in the scale 1: 200,000. (Projekt planu zagospodarowania przestrzennego Polski Obszarów Morskich w skali 1 : 200 000). [Online] http://www.umgdy.gov.pl/?p=242... [Accessed: 2018-06-19] (in Polish).
 
6.
DTU Wind Energy Department of Wind Energy. Satellite Winds. [Online] https://satwinds.windenergy.dt... [Accessed: 2018-07-03].
 
7.
Federal Maritime and Hydrographic Agency. [Online] http://www.bsh.de/en/Marine_da... [Accessed: 2018-01-09].
 
8.
Fino 2 web page. [Online] https://www.fino2.de/en/resear... [Accessed: 2018-07-02].
 
9.
Hahmann et al. 2012 – Hahmann, A., Lange, A., Pena, D. and Hasager, C. 2012. The NORSEWInD numerical wind atlas for the South Baltic. Roskilde: DTU Wind Energy Department of Wind Energy.
 
10.
Hasager et al. 2011 – Hasager, C., Badger, M., Pena, A., Larsen, X. and Bingol, F. 2011. SAR-Based Wind Resource Statistics in the Baltic Sea. Remote Sensing, pp. 117–144.
 
11.
Hasager et al. 2006 – Hasager, C., Nielsen, M., Christiansen, M., Barthelmie, R. and Astrup, P. 2006. Advanced on wind energy resource mapping from SAR. Proceedings of SEASAR , 23–26.
 
12.
Hasager et al. 2015 – Hasager, C., Vincent, P., Badger, J., Badger, M., Di Bella, A. and Pena, A. 2015. Using Satellite SAR to Characterize the Wind Flow around Offshore Wind Farms. Energies, 5413–5439.
 
13.
Konfederacja Lewiatan. Stanowisko Konfederacji Lewiatan do Planu Zagospodarowania Polskich Obszarów Morskich. [Online] www.konfederacjalewiatan.pl [Accessed: 2018-07-25].
 
14.
Maritime Office in Gdynia 2018.
 
15.
Meyers, J., & Meneveau, C. (2012). Optimal turbine spacing in fully developed wind-farm boundry layers. Wind Energy, pp. 305–317.
 
16.
Muller, S. 2013. Wind measurements at Fino 2 Fino Conference 2013 – 10 years research in offshore wind energy. Kiel.
 
17.
Muller, S. 2018. List of cup anemometers at Fino 2 . Wind Consult.
 
18.
Muller, S. and Kaiser, M. 2015. Fino2 – Meta Data – technical description of met mast. WIND-consult.
 
19.
National Aeronautics and Space Administration. (2018, July 3). Global Modeling and Assimilation Office.Retrieved from Global Modeling and Assimilation Office: [Online] https://gmao.gsfc.nasa.gov/rea... [Accessed: 2018-07-25].
 
20.
[Online] https://www.4coffshore.com/off.... [Accessed: 2018-06-15].
 
21.
offshoreWIND.biz. www.offshorewind.biz. [Online] https://www.offshorewind.biz/2... [Accessed: 2018-07-03].
 
22.
Pena Diaz et al. 2011 – Pena Diaz, A., Hahman, A., Hasager, C., Bingol, F., Karagali, I., Badger, J., ... Clausen, N.-E. 2011. South Balitic Wind Atlas. Roskilde: Riso National Laboratory for Sustainable Energy.
 
23.
Petersen et al. 1997 – Petersen, E., Mortensesn, N., Landberg, L., Hojstrup, J. and Helmut, F. 1997. Wind Power Meteorology . Roskilde: Riso National Laboratory.
 
24.
Skamarock, W. et al. 2008. A description of the advanced research WRF Version 3. Boulder: NCAR technical note.
 
25.
Solar Energy Services for Professionals. [Online] http://www.soda-pro.com/web-se... [Accessed: 2018-06-15].
 
26.
Thogersen et al. 2016 – Thogersen, M., Svenningsen, L. and Sorensen, T. 2016. Is Merra2 able to replace Merra as a thrusted reference wind dataset ? Brazil Windpower 2016 COnference and Exhibition.
 
27.
WRF USERS PAGE. WRF USERS PAGE: [Online] http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/u... [Accessed: 2018-07-15].
 
ISSN:1429-6675