Nationalt Center for Klimaforskning

Vindmøller er store og påvirker atmosfæren. NCKF har indbygget vindmøller i en testversion af DMIs vejrmodel, så vi kan beregne læeffekten på andre vindmøller, og effekten på vejret generelt. Med vindmøller inkluderet er forudsagt vind og turbulens bag møllerne mere korrekt end for en vejrmodel uden vindmøller.

Hvad har vi undersøgt?

Vi ved, at der er mindre vind bag vindmøller end foran (læeffekt), og at luften bag møllerne er mere turbulent. De nuværende vejrmodeller har en opløsning på 750 meter til 2,5 kilometer og kan ikke beskrive strømningen blandt møllerne i en vindmøllepark. Men ved hjælp af såkaldt parameterisering (se senere) kan effekten af møllerne alligevel inkluderes i en vejrmodel. Det har vi gjort.

Hvem kan have glæde af undersøgelsen?

Når læeffekten bliver inkluderet i DMIs operative modelsystem, vil det i første omgang være institutioner, som er involveret i balancering af det danske el-system, de som producerer vind-el eller køber og sælger el på energibørsen, der vil have fordel af den nye viden.

Inklusionen af vindmøller vil lede til mere præcise prognoser for vindenergi, hvor f.eks. adskillige vindparker i Nordsøen ligger i læ af hinanden ved bestemte vindretninger.

Da en mere effektiv balancering og bedre grundlag for beslutninger på el-børsen vil reducere omkostningerne, vil det i sidste ende gavne de danske elforbrugere: Os alle.

Ligeledes vil institutioner, som planlægger opførelse af vindmølleparker, kunne optimere placeringen af nye vindmølleparker i f.eks. Nordsøen og i de indre danske farvande med mere præcis viden om læffekterne.

Inklusionen af vindmøller i vejrmodeller har en effekt på andet end vinden, f.eks. temperatur og nedbør. Bedre modellering af effekten af vindmøller vil formentlig forbedre de daglige vejrudsigter til befolkningen, men effekten vil være mindre tydelig end mellem nærtliggende vindmølleparker.

Hvilke data og metoder har vi benyttet?

Effekten af vindmøller er introduceret vha. parametrisering. Ordet dækker at vekselvirkningen mellem møller og atmosfære sker på mindre skala end det, vejrmodellen selv kan håndtere. I stedet beskrives disse forhold som en samlet effekt på den skala, modellen arbejder med. Parametrisering anvendes også i mange andre sammenhænge, f.eks. i forbindelse med beskrivelsen af sky- og nedbørsdannelse i vejrmodeller.

Hvem har vi samarbejdet med?

DTU Wind Energy er direkte samarbejdspartner i projektet, med seks medarbejdere tilknyttet. DTU Wind Energy har mange års erfaring med vindenergi, herunder modellering med vejrmodeller.

Desuden har vi et samarbejde med det nederlandske meteorologiske institut KNMI om inkludering af vindmøllers effekt i vejrmodellerne. DMI og KNMI anvender grundlæggende den samme vejrmodel, og KNMI har inkluderet den såkaldte Fitch (FIT) metode i modellen, der er en af de løsninger, der kan bruges til at inkludere effekten af vindmøller i beregningerne.

Vi er ved at begynde et samarbejde med det private energikonsulentfirma EMD International i Aalborg om data, som beskriver de forskellige vindmølletypers påvirkning af atmosfæren.

Hvilket resultat fandt vi?

Vi har fundet frem til de to mest lovende parametriseringsmetoder og inkluderet dem i DMI’s vejrmodel.

Vi har sammenlignet resultaterne med og uden inklusion af vindmøller og finder, at inklusion af vindmølleparker på havet giver en kvalitativt realistisk skyggeeffekt på bagsiden af vindmølleparkerne.

Sammenligning af modeldata med observationer af vind og turbulens fra en målekampagne udført med fly viser, at resultaterne også er kvantitativt realistiske. Således ser man i Figur 1, at flyet måler mindre vind bag vindmølleparken end ved siderne (de grå linjer), og at begge parametriseringer i vejrmodellerne fører til en realistisk reduktion af vindhastigheden bag vindmølleparken, hvorimod dette ikke sker for modellerne uden vindmøller (NWP). Figur 2 viser, at turbulensen (den turbulente kinetiske energi ,TKE) er forøget bag parken (de grå linjer), men ikke til siderne. Modelresultaterne viser at FIT-skemaet giver en mere realistisk forøgelse af TKE bag parken end den nuværende form af EWP-skemaet.

Hvad kan den nye viden bruges til fremover?

Næste skridt er at inkludere alle vindmøller i modellen og køre længere simuleringer. Dels for at kunne finjustere parametriseringerne, dels for at kunne bedømme effekten længere væk fra møllerne og på andre parametre end vind og turbulens.

På sigt kan skemaerne inkluderes i DMI’s operative modeller, og dermed i vejrudsigterne, til gavn for borgerne og ovennævnte institutioner.

Modellen kan på sigt bruges til at rådgive om opstillingen af vindmøller og kommende energiøer.

Det samme skema vil blive inkluderet i DMI’s nye klimamodel HCLIM. Der vil vi dels undersøge, om effekten af vindmøller er anderledes i et fremtidigt klima, dels om opstilling af rigtigt mange vindmøller længere ude i fremtiden har en betydning for klimaet på regional skala.

Disse tiltag sker ikke isoleret i Danmark. Der pågår nu et forsøg på at starte et internationalt projekt, hvor alle meteorologiske institutter omkring Nordsøen i samarbejde med universiteter inkluderer og videreudvikler disse metoder.

Få mere viden

• DMI Rapport 22-19: DMI Rapport 22-19 – "Including the effects of wind turbines in the Harmonie NWP and climate models" (PDF)