Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

621.548 (493.4)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Rumbeke --- Rumbeke --- 725.4 : 621.548.3 (493.3 R.)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dit doctoraat onderzoekt op verschillende niveaus de technische impact van windenergie op een elektriciteitsnet. Het eerste deel van het doctoraat ontwikkelt gedetailleerde dynamische modellen van windturbines of -parken in software, specifiek voor de dynamische simulatie van elektriciteitssystemen. Deze modellen worden gebruikt om de invloed van veranderingen in windsnelheid of storingen in het net te simuleren. Verder zijn ze een geschikt hulpmiddel om te evalueren in welke mate een windturbine ‘netondersteunende diensten’ zoals spanningscontrole kan bieden, en wat de invloed is van aangepaste netaansluitingsvoorwaarden voor windturbines. Het tweede deel van het doctoraat beschrijft de uurlijkse en dagelijkse fluctuaties in energiegeneratie door een geaggregeerd windpark, en dit voor de specifieke gevalstudie van de Belgische regelzone, voor verschillende scenario’s. Bovendien wordt het potentieel van windenergie om de totale CO2-uitstoot van het Belgisch centralepark te doen afnemen geëvalueerd. In het laatste deel worden de resultaten voorgesteld van een multidisciplinaire studie met betrekking tot de optimale ontwikkelingen voor offshore windenergie in het Belgische deel van de Noordzee. Deze resultaten houden rekening met eigenschappen van de zeebedding, windkarakteristieken, turbinetypes en beschikbaarheid van een elektriciteitsnet. This thesis investigates on various levels the technical impact of wind power on a power system. The first part develops detailed dynamic models of wind turbines or farms in software dedicated to power system simulation. These models are used to assess the impact of wind speed or power grid disturbances. The models are a suitable tool to investigate the turbine's ability to provide 'ancillary services', i.e. voltage control or other types of grid support, and to assess the impact of adapting grid connection requirements specifically for wind turbines. The second part quantifies the hourly and daily power output fluctuations of an aggregated wind park for the specific case study of the Belgian control zone, for various scenarios. Furthermore, the potential contribution to the abatement of carbon dioxide emissions by the total power generation park is assessed. The final part presents the results of a multidisciplinary study with regard to optimal offshore wind developments in the Belgian Continental Shelf, including aspects with regard to seabed properties, wind resources, turbine types and power system availability. Impact van windenergie in het toekomstig elektriciteitsnet Hoever kan je gaan met windenergie? Gedurende de voorbije decennia kende windenergie een enorme groei in heel de wereld, en vooral in Europa. De traditioneel genoemde voordelen van windenergie zijn de oneindige – en gratis - beschikbaarheid van de ‘brandstof’ (wind) en het feit dat windturbines elektriciteit produceren zonder dat CO2 of andere schadelijke uitlaatgassen vrijkomen. Maar kan je ongeremd windmolensblijven bijbouwen in een land als België? Behalve het gebrek aan ruimte is er ook de moeilijkheid dat windenergie nooit zo betrouwbaar kan zijn als traditionele centrales, omdat wind nooit perfect te voorspellen is, laat staan te controleren. Nochtans is dit nodig: het Europees elektriciteitsnet is opgedeeld in een aantal regelzones. De netbeheerder in elke zone (bijvoorbeeld Elia in de regelzone België-Luxemburg) waakt erover dat de ogenblikkelijke stroomproductie en -verbruik in haar zone steeds gelijk is. Anders wordt het elektriciteitsnet onstabiel, met ernstige storingen tot gevolg. Omdat de netbeheerder vooraf nooit exact weet hoe groot het stroomverbruik in haar regelzone precies is, is op elk moment een hoeveelheid ‘regelvermogen’ nodig: dit zijn elektriciteitscentrales die op heel korte tijd kunnen opgestart of in vermogen opgevoerd kunnen worden. Hoe meer windturbines op het net zijn aangesloten, des te hoger zijn de eisen voor dit regelvermogen. Terwijl de variatie van stroomverbruik in een regelzone tamelijk goed voorspelbaar is, omdat die elke dag vrijwel hetzelfde patroon vertoont, is de variatie van stroomproductie door windturbines dit veel minder. Wanneer het hard waait en allewindturbines op maximaal vermogen draaien, moet je altijd rekening houden met het risico dat de wind plots gaat liggen. Dan moet het regelvermogen aangesproken worden. Dat zijn dan bijvoorbeeld turbo-jetgeneratoren, die snel regelbaar zijn maar wel veel fossiele brandstof verbruiken. Met een groot aantal windturbines in een regelzone wordt de onzekerheid over de ogenblikkelijke stroomproductie een ordegrootte hoger dan voorheen het geval was. De turbojets zullen meer moeten ingezet worden, zodat het totaal brandstofverbruik en CO2-uitstoot van alle elektriciteitscentrales samen mogelijk hoger komen te liggen dan in een scenario met minder windturbines in het net. En als je de windturbines gelijk verspreidt over het hele land, in plaats van alle turbines dicht bij elkaar in grote windparken te plaatsen? Kan je er dan op rekenen dat er altijd wel ergens in het land veel wind zal zijn en ergens anders niet, zodat de schommelingen in de productie van alle windturbines samen eigenlijk niet zo groot zijn? Het antwoord is nee. De correlatie tussen windsnelheden in heel België is vrij groot is: anders gezegd, als de windsnelheid verandert aan de zee, is er veel kans dat de windsnelheid in datzelfde uur ook op dezelfde manier verandert in Brussel of in de Ardennen. Het voordeel van het ruimtelijk spreiden van windturbines over een grote zone wordt pas belangrijk wanneer een veel groter gebied dan enkel België beschouwd wordt. Helaas is het op dit moment technisch onmogelijk dat een groot gebied, bijvoorbeeld West-Europa, permanent als één regelzone kan werken. Dit zou grote en onvoorspelbare energietransporten tussen de huidige regelzones tot gevolg hebben, en dit vraagt een grote investering in de versterking van de vele overbelaste hoogspanningslijnen die de huidige regelzones aan elkaar verbinden. Hoe ver kan je dan gaan met windenergie in België? Het besluit van het doctoraat is dat er in Belgiëruimte is – elektrotechnisch gezien dan - voor 500 tot 700 Megawatt (MW) geïnstalleerd windvermogen, wat overeenkomt met 250 tot 350 middelgrote turbines. Vanaf dan begint het negatief effect van het extra benodigd regelvermogen ernstig door te wegen. Met de zowat 200 MW windenergie die al geïnstalleerd is in België, en de 216 MW (60 turbines) die mogelijk op de Thorntonbank in de Noordzee zullen gebouwd worden, komen we stilaan in de buurt van die grens. Intussen loont het alvast de moeite om uit te kijken naar alternatieven om de nodige hoeveelheid regelvermogen anders in te vullen: ‘demand side management’ (de stroomvraag actief beheersen, in functie van de stroom die beschikbaar is) is zeker een te overwegen optie. Impact of wind power in a future power grid How far can you go with wind power? During the last decades, wind power has known an immense growth over the world, and particularly in Europe. The traditionally mentioned advantages are the infinite availability of the ‘fuel’ (wind), and the fact that wind turbines produce electricity without emitting carbon dioxide or other toxic gases. But can wind power be installed without limits, in a country like Belgium? Except for the lack of space, there is the difficulty that wind power is never as reliable as conventional power plants, because wind can never be predicted with unlimited accuracy, let alone controlled. However, accurate prediction and control is necessary. The European electricity grid is divided in a number of control areas. The grid operator in each control area (e.g. Elia in the control area Belgium – Luxembourg) makes sure that the instantaneous power production in its area is always equalto the total consumption. Otherwise, the grid becomes instable, with severe disturbances resulting from it. Because the grid operator can never know in advance the exact amount of total power consumption in its control area, an amount of ‘regulatingpower’ is needed: this consists of power plants that can control their output power or that can be put into service within a very short timeframe, to immediately respond to load fluctuations. With an increasing number of wind turbines connected to the grid, more regulating power is required. While the variation of power consumption in a control area is well predictable, because it shows the same pattern every day, the power production by wind turbines is much less predictable. Whenthe wind speed is high and all wind turbines are operating at full power, the risk that the wind speed suddenly drops must always be taken into account. In that case, the system depends on the regulating power. Regulating power consists of e.g. turbojets, well controllable but consuming a lot of fossil fuel. With high penetration of wind power in a control area, the uncertainty of power production becomes an order of magnitude higher than was previously the case. The turbojets will operate more, as a consequence the total fuel consumption and carbon dioxide emissions of all power plants together will possibly be higher than for a scenario with less wind power. What if the wind turbines are geographically well spread over the control area, rather than all turbines installed close to each other in large wind farms? Is there then a high probability that always somewhere in the control area there will be much wind, and somewhere else not, making sure that the fluctuations of total power production by the aggregated wind park are limited? The answer is no. The correlation between wind speeds in Belgium is very high, or, when the wind speed changes in the coastal region, the probability is high that de wind speed changes to the same extent at the same hour in Brussels or elsewhere. The advantage of spatially distributing wind turbines over the control area is only relevant when large areas can be considered, e.g. Western Europe. Unfortunately, it is at this moment technically not feasible for a large region such as Western Europe to operate permanently as a single control area. This would result in large and unpredictable power flows between the actual control areas, requiring high investment costs for reinforcement of the many congested high voltage lines connecting the different control areas. Then how far can you go with wind power in Belgium? The conclusion of the thesis is that in Belgium there is space – from the electrotechnical point of view – for 500 to 700 MW of wind power, or 250 to 350 medium-sized turbines. From then on, the negative effect of the extra required regulating power becomes relevant. Considering that nearly 200 MW is installed in Belgium by now, and 216 MW will possibly be constructed offshore in a near future, this limit is already relatively near. Meanwhile, it is worth the effort to look for alternatives for responding to the increased demands of regulating power. ‘Demand side management’ (actively controlling the power consumption, as a function of the available power) is a very promising option for this.

621.548 <043> --- Academic collection --- Wind energy. Wind power machines--Dissertaties --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Architecture --- Beaux-arts --- Bouwkunst --- Schone kunsten --- Moulins à vent --- Windmolens --- 725.5 : 621.548.3 (493)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Moulins à vent --- Sciences appliquées --- Technologie --- Wetenschappen (Toegepaste) --- Windmolens --- 621.548.3