09/05/2022
Door Ad Spijkers
Een onbemand vliegtuig verzamelt meteorologische meetgegevens om uitbreiding windparken te valideren.
Een van de pijlers van de energietransitie is windenergie op zee. Als er windparken worden gebouwd, hebben ze invloed op de windstromingen over zee. Er zijn meteorologische meetgegevens nodig om veranderingen en effecten van verdere uitbreiding van het windpark te onderzoeken. Het gebruik van een onbemand vliegtuig levert hier waardevolle inzichten op.
Onbemande vliegtuigen
Dat klinkt eenvoudig maar vergt veel kennis aangezien elke vlucht een hoog niveau van goedkeuring en veiligheid vereist. Met het Testzentrum für Maritime Technologien op Helgoland en uitgebreide vliegervaring dicht het Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen deze lacune voor onderzoek en industrie.
Door de beperkte bruikbare ruimte worden windparken op zee in groepen gebouwd, zogenaamde clusters. Hierdoor beïnvloeden de windparken en de afzonderlijke systemen elkaar. In de luwte achter de turbines ontstaat zog bij lagere windsnelheden en sterkere turbulentie. Het doel van het X-Wakes-project, gecoördineerd door het Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) in Hannover, is om de veranderingen in windomstandigheden voor de exploitatie van offshore windparkclusters met grootschalige uitbreiding vast te leggen.
Hiervoor worden met verschillende meetmethoden data vastgelegd, op basis waarvan modellen voor toekomstige uitbreidingsscenario's kunnen worden ontwikkeld – een ideale opdracht voor onbemande vliegtuigsystemen.
Meteorologische data
Om de effecten van een grootschalige uitbreiding van offshore windparken op toekomstige windcondities te kunnen meten, hebben wetenschappers van de Eberhard Karls Universität Tübingen meteorologische data verzameld. Hiermee kunnen ze de algoritmen valideren die worden gebruikt om windgegevens van satellieten te berekenen met de ter plaatse gemeten gegevens. Met de steun van Fraunhofer IFAM werd voor deze taak een onbemand antennesysteem gebruikt. Het instituut was verantwoordelijk voor de voorbereiding van de strategische planning van de twee weken durende vluchtcampagne.
Om de voor dit project vereiste lage vlieghoogten te bereiken en om redenen van efficiëntie, besloot het instituut om een onbemand vliegtuig in te zetten. Fraunhofer IFAM ondersteunde de planning van dit project vooraf en nam de coördinatie ter plaatse op Helgoland over. Hierbij hoorde ook de gezamenlijke ontwikkeling van het Concept of Operations (Conops) en de daarbij behorende Specific Operational Risk Assessment (Sora). Ook werden vooraf de bijbehorende noodchecklists tot in detail gedefinieerd. De onderzoekers in Tübingen konden zich concentreren op het vliegsysteem, de acquisitie van de meetdata en de vliegmissie.
Veiligheid
De uitvoering van dergelijke vluchten omvat een aantal veiligheidsmaatregelen die verband houden met operationele overeenkomsten tussen de lokale luchtvaartautoriteiten en de diverse gebruikers van het luchtruim in de Duitse Bocht. Dat begint bij de algemene luchtvaart, de reddings- en marineluchtvaart, de federale politie tot aan de burgerluchthavens en de scheepvaart. Ook systeemredundanties, zoals het hier gebruikte dubbele camerasysteem, of het gebruik van redundante tracking- of collision warning-systemen spelen een belangrijke rol.
Tijdens de reeks metingen legde het onbemande vliegtuig een afstand van meer dan 70 km per missie af. De maximale afstand vanaf de lanceerplaats was iets meer dan 12 km – helemaal uit het zicht. Een groot deel van de vlucht vond plaats op een hoogte van ongeveer 30 m boven zeeniveau. Alleen tijdens vertrek en nadering en over het aangrenzende natuurgebied werd op grotere hoogte gevlogen om verstoring van flora en fauna tot een minimum te beperken.
Tijdens de eerste fase van de vlucht begeleidde het onderzoeksschip Joseph von Fraunhofer van de Fraunhofer-Gesellschaft het vliegtuig om een snelle reactie op mogelijke problemen te garanderen. De natuurbeschermingsvereniging Jordsand was ook aan boord om mogelijke invloeden op zeevogels te observeren.
De onderzoekers konden alle vluchten tijdens de meetcampagne op een ongecompliceerde manier kunnen uitvoeren en de relevante gegevens vastleggen. Op basis hiervan kunnen ze nu modellen ontwikkelen voor toekomstige uitbreidingsscenario's voor offshore windparken.
Foto: Fraunhofer IFAM