uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modelling of ice throws from wind turbines
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences, LUVAL.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellering av iskast från vindkraftverk (Swedish)
Abstract [en]

As the wind energy sector expands into areas with colder climate, the problem with ice throw will increase. Due to a rotor diameter of more than 120 meters for a typical modern turbine with an effect of 3.3 MW, the separated ice fragment will get a high initial velocity, and therefore, they will also be thrown a long distance. Ice throw might therefore be a large safety risk for the people, who are staying in surrounding areas to wind turbines.

A ballistic ice throw model has been developed to be able to investigate how far the ice fragments can be thrown from a wind turbine. The work was divided into two parts, one sensitivity analysis and one real case study. In the sensitivity analysis, the influence of eight important parameters was investigated. The results from this part show that changes in the parameters initial radius and angle position, and mass and shape of the ice fragments have a significant influence on the throwing distance both lateral and downwind. The wind speed has only a significant influence on the downwind throwing distance, but this is quite large. A maximum throwing distance of 239 meters downwind the wind turbine was achieved with U=20 m/s, r=55 m and θ=45°. While including the lift force, a maximum downwind distance of 350 meter was achieved. However, the uncertainties about the shape of the ice fragment make these results quite uncertain.

In the real case study, ice throws were simulated by letting the ice throw model run with modeled meteorological data for a wind farm in northern Sweden. The wind farm consists of 60 wind turbines, and the probability for that an ice fragment will land in a square of 1*1m was calculated around each turbine. To be able to calculate this probability, a Monte Carlo analysis was necessary in which a large number of ice fragments were separated. The result shows a large correlation between the landing positions of the ice fragments and the wind direction. Due to the fact that the wind farm is located in a complex terrain, the shape and density of the probability field vary among different parts of the farm. Especially in the southern part of the wind farm, the probability field will have the highest density and largest extension to the northeast of the turbines due to a prevailing wind direction during ice throw events from southwest.   

Abstract [sv]

När vindkraftssektorn expanderar till områden med ett kallare klimat, kommer problemet med nedisade vindkraftverk och iskast att öka. Moderna vindkraftverk kan ha en typisk effekt på 3.3 MW och en rotordiameter på över 120 meter, vilket resulterar i att de ivägkastade isbitarna skulle kunna få en initialhastighet på 90 m/s. Det skulle även resultera i att isbitarna kastas iväg en lång sträcka från kraftverket, vilket i kombination med den höga initialhastigheten skulle kunna bli en stor säkerhetsrisk för de personer som vistas i områdena närmast runt vindkraftverken.

En ballisisk iskastmodel utvecklades för att beräkna hur långt från vinkraftverket isbitarna kan kastas. Arbetet delades upp i två delar, en känslighetsanalys och en verklig fallstudie. I känslighetsanalysen undersöktes åtta viktiga parametrars inflytande på iskastet. Resultatet från den visar på att ändringar i parametrarna isbitens massa och form samt seperations positionen på bladet och bladets vinkel hade störst inverkan på kastlängden. En maximal kastlängd nedströms vindkraftverket på 239 meter erhölls för U=20m/s, θ=45° och r=55m. När lyftkraften inkluderades ökade kastlängden nedströms till 350 meter, dock är osäkerheten i isbitarnas form stor, vilket gör dessa resultat osäkra.

I den verkliga fallstudien simulerades iskast genom att iskastmodellen kördes med modellerad meteorologisk data från en vindkraftspark i norra Svergie. Vinkraftsparken innehöll 60 turbiner och sannolikheten för att en isbit ska landa i en ruta på 1*1m beräknades runt varje turbin. För att kunna beräkna sannolikheten användes en Monte Carlo analys där ett stort antal isbitar skickades iväg. Resultatet visade på att korrelationen var stor mellan sannolikheten för att en isbit ska landa i en ruta på 1 m² och vindriktningen. Eftersom vindkraftsparken var belägen i ett område med en komplex terräng varierade formen och intensiteten på sannolikhetsområdena mellan olika delar av parken. Speciellt i parkens södra del är sannolikhetsområdet för vindkraftsverken mer utbrett i nordostlig riktning på grund av att sydvästliga vindar är vanligast då iskast förekommer. 

Place, publisher, year, edition, pages
2015.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 308Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553
Keyword [en]
Ice throw, icing, wind turbines, balistic model
Keyword [sv]
Iskast, nedisning, vindkraftverk, ballistisk modell
National Category
Meteorology and Atmospheric Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-251292OAI: oai:DiVA.org:uu-251292DiVA: diva2:805173
External cooperation
WeatherTech Scandinavia AB
Subject / course
Meteorology
Educational program
Master Programme in Physics
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-04-15 Created: 2015-04-14 Last updated: 2015-04-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3323 kB)561 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3323 kBChecksum SHA-512
d1762c719d2e95fdffbaa018114728eae89976fae5d1c14c22507b8905b5a0689d4467052eb6796a9ac1578d28b99b58674c5e64a961c8f3f9c5d589e7c4d90e
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Renström, Joakim
By organisation
LUVAL
Meteorology and Atmospheric Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 561 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1329 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf