Pomiary prędkości wiatru. Czy klasyczne maszty pomiarowe są wciąż potrzebne?
W dobie dynamicznego rozwoju technologii pomiarowych w energetyce wiatrowej coraz częściej pojawia się pytanie: czy klasyczne maszty pomiarowe wciąż są niezbędne? Pomimo rosnącej popularności mobilnych urządzeń lidarowych (lidar – light detection and ranging), maszty pomiarowe pozostają złotym standardem w ocenie zasobów wiatru, stanowiąc punkt odniesienia dla wszystkich innych metod pomiarowych.
Fundament wiarygodności
Maszt pomiarowy stanowi kluczowy element systemu oceny zasobów wiatrowych. To na nim instaluje się zestaw certyfikowanych i skalibrowanych czujników meteorologicznych – anemometrów, wiatrowskazów, termometrów, barometrów oraz czujników wilgotności. Dane gromadzone są bezpośrednio w strumieniu powietrza, na wysokości osi wirnika planowanej turbiny – dokładnie tam, gdzie w przyszłości będzie wytwarzana energia z wiatru. Pozostałe wysokości montażu sensorów dobiera się tak, aby uchwycić pionowy profil prędkości i kierunku wiatru w dolnej części obszaru roboczego turbiny, poniżej hub height. Bezpośredni kontakt czujników z przepływem powietrza w precyzyjnie określonych punktach zapewnia najwyższą dokładność i stabilność danych, eliminując potrzebę stosowania modeli korekcyjnych, nieuniknionych w przypadku pomiarów zdalnych.
Niezastąpiona rola w kalibracji lidarów
Lidary zyskują coraz większą popularność dzięki swojej mobilności, krótkiemu czasowi wdrożenia oraz możliwości prowadzenia pomiarów na dużych wysokościach. Aby jednak dane pozyskiwane z lidara mogły zostać uznane za wiarygodne w analizach bankowalnych, urządzenie musi zostać skalibrowane i zweryfikowane względem masztu pomiarowego.
Międzynarodowa norma IEC 61400-50-2 jednoznacznie określa, że lidar powinien zostać porównany z referencyjnym masztem pomiarowym, zanim zostanie wykorzystany jako samodzielne źródło danych. Brak takiego odniesienia może skutkować błędami pomiarowymi wynikającymi z warunków atmosferycznych, takich jak obecność aerozoli, mgły, opadów czy gradientów temperatury, które wpływają na rozchodzenie się wiązki laserowej.
Niezależność od warunków optycznych i atmosferycznych
W przeciwieństwie do lidarów, które wymagają odpowiedniego rozpraszania światła w powietrzu, maszty pomiarowe działają niezależnie od widzialności. Nie są podatne na:
- mgłę, pył, opady śniegu i deszczu,
- niską koncentrację aerozoli,
- zmienność współczynnika odbicia powierzchni (np. w terenie śnieżnym lub pustynnym).
Dzięki temu zapewniają ciągłość i spójność danych nawet w warunkach ekstremalnych – takich jak surowy klimat Skandynawii czy górzyste obszary Europy Środkowej.
Długoterminowa stabilność i referencyjność
Maszty pomiarowe umożliwiają pozyskiwanie wielomiesięcznych i wieloletnich serii danych o bardzo wysokiej stabilności. Takie dane stanowią solidną podstawę dla:
- modelowania długoterminowych zasobów wiatru,
- walidacji modeli numerycznych,
- opracowywania lokalnych profili prędkości wiatru oraz precyzyjnego pomiaru turbulencji (w terenach złożonych lub górzystych jest to niezbędne do prawidłowego określenia klasy IEC i wskaźnika TI przyszłej turbiny wiatrowej),
- przygotowywania bankowalnych raportów dla inwestorów i instytucji finansowych.
Pomiary turbulencji
Maszt pomiarowy umożliwia pomiar trzech składowych prędkości wiatru w czasie rzeczywistym np. za pomocą ultradźwiękowych anemometrów typu Ultrasonic 3D. W terenie złożonym turbulencja może powstawać lokalnie w pobliżu przeszkód, a jej charakterystyka jest silnie uzależniona od mikrotopografii terenu. Maszt rejestruje te zjawiska bezpośrednio, bez zakłóceń sygnału.
Lidar natomiast dokonuje pomiaru wiatru pośrednio – na podstawie rozproszenia wiązki laserowej na cząstkach obecnych w powietrzu. W terenie złożonym pomiar lidarowy może być zaburzony przez odbicia i niejednorodność przepływu powietrza. W górach, dolinach czy w pobliżu lasów często występują wiry i zawirowania, które powodują niestabilność sygnału powrotnego i zniekształcenie wyniku.
Ponieważ turbulencja może zmieniać się w skali milisekund, lidar – dokonujący uśrednienia w dłuższych interwałach czasowych – może „wygładzać” dane, przez co drobne wiry i fluktuacje prędkości stają się niewidoczne. Maszt pomiarowy, mierząc w sposób ciągły i rzeczywisty, rejestruje te krótkotrwałe zmiany z dużą dokładnością. Dlatego w terenach złożonych maszt jest często wymagany do prawidłowego określenia klasy TI turbiny wiatrowej, natomiast lidar pełni rolę urządzenia wspomagającego.
Bankowalność projektów
Dane z masztów pomiarowych są uznawane przez banki i audytorów za źródło referencyjne oraz podstawę do szacowania długoterminowego zasobu energii. Choć nowoczesne lidary mogą uzyskać status bankowalności po zweryfikowaniu ich pracy względem masztu pomiarowego, wciąż brakuje publicznie dostępnych analiz czy studiów przypadków („case study”) pokazujących wpływ zastosowanej metody pomiaru na konkretne warunki finansowania projektu.
Uzyskanie statusu bankowalności jest istotne, jednak z punktu widzenia ostatecznego klienta kluczowe są ostateczne warunki, na jakich bank udzieli finansowania. Zasada jest prosta – im większe niepewności pomiarowe, tym wyższe ryzyko projektowe i mniej korzystne warunki kredytowania. W przypadku dużych inwestycji różnice te mogą przekładać się na znaczące kwoty.
Na rynku obserwuje się zróżnicowane podejście do prowadzenia projektów wiatrowych w zależności od tego, kto odpowiada za ich rozwój – czy jest to ekspert wiatrowy, deweloper, firma konsultingowa, przyszły właściciel parku wiatrowego, czy producent turbin. Rolą profesjonalnego eksperta wiatrowego jest zawsze taki dobór metody pomiarowej, który minimalizuje niepewności pomiarowe i maksymalizuje bankowalność projektu, przy jednoczesnym zachowaniu równowagi między kosztami rozwoju a potencjalnymi korzyściami wynikającymi z lepszych warunków finansowania.
Pomiary długoterminowe
Maszt pomiarowy stanowi najbardziej ekonomiczne i bankowalne źródło danych wiatrowych w perspektywie wieloletniej. Jest w stanie działać stabilnie i bezobsługowo przez wiele lat, a jego eksploatacja wiąże się z niskimi kosztami utrzymania. Po instalacji wymaga zazwyczaj jedynie przeglądów okresowych, wykonywanych dwa razy w roku.
W przeciwieństwie do lidarów, maszt pomiarowy zasilany jest zazwyczaj własnym źródłem energii odnawialnej, co zapewnia jego pełną autonomię. Lidar natomiast wymaga regularnego serwisowania – w tym uzupełniania paliwa w systemie zasilania czy płynu eksploatacyjnego w urządzeniu – co znacząco wpływa na koszty i ciągłość pracy w długim okresie.
Integracja z nowoczesnymi systemami pomiarowymi
Integracja masztu pomiarowego z technologią LiDAR umożliwia skuteczne połączenie zalet obu metod – precyzyjnych, referencyjnych pomiarów z masztu oraz rozszerzonego zasięgu lidarowego, sięgającego nawet 300 metrów. Taki hybrydowy model jest coraz częściej wykorzystywany w analizach typu bank grade, gdzie maszt stanowi filar wiarygodności danych, a lidar dostarcza informacji uzupełniających.
Dlaczego złoty standard?
Choć technologia LiDAR oferuje dziś bardzo szerokie możliwości pomiarowe, to właśnie maszt pomiarowy najczęściej pozostaje punktem odniesienia w procesie oceny potencjału wiatrowego. Jego kluczowe zalety to:
- fizyczny pomiar przepływu powietrza,
- niezależność od warunków optycznych,
- stabilność i ciągłość danych,
- pełna akceptacja przez instytucje finansowe i audytorów,
- możliwość kalibracji innych urządzeń.
W praktyce profesjonalnych pomiarów wiatru przyjmuje się, że LiDAR jest doskonałym narzędziem wspierającym, natomiast maszt pomiarowy pozostaje złotym standardem – fundamentem, na którym buduje się najbardziej wiarygodne prognozy produkcji energii wiatrowej.
Piotr Madera, windhunter_service
