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December 11, 2012 Wind Resource Assessment · Albany, New York | Barcelona, Spain | Bangalore,...

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Albany, New York | Barcelona, Spain | Bangalore, India | awstruepower.com | +1 8778993463 ©2012 AWS Truepower, LLC December 11, 2012 Wind Resource Assessment Practical Guidance for Developing A Successful Wind Project Michael C Brower, PhD Chief Technical Officer Presented at:
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Albany, New York  |  Barcelona, Spain  |  Bangalore, India  |  awstruepower.com |   +1 877‐899‐3463©2012 AWS Truepower, LLC

December 11, 2012

Wind Resource Assessment Practical Guidance for Developing A Successful Wind Project

Michael C Brower, PhD

Chief Technical Officer

Presented at:

Albany, New York  |  Barcelona, Spain  |  Bangalore, India  |  awstruepower.com |   +1 877‐899‐3463©2012 AWS Truepower, LLC

What We DoAWS Truepower partners with developers and investors to advance renewable energy worldwide.

Our services cover the lifecycle of solar and wind projects, from initial site qualification through due diligence, performance assessment, and real‐time forecasting.

Supporting the Complete 

Lifecycle

Resource Assessment

Energy Assessment

Project Consulting

Independent Engineer / 

Due Diligence

Performance Assessment

Forecasting & Grid 

Integration

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Company Snapshot• Independent assessments on over 60,000+ MW• Project roles in over 80 countries• Established in 1983; nearly 30 years of industry experience• Over 100 professional staff

• Experts in meteorology, spatial analysis, environment, and engineering

AlbanyNew York, USA Barcelona

Spain

BangaloreIndia

CuritibaBrazil

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Reference• Measurement practices 

and standards• Installation guidelines• Data validation• Climate and shear 

adjustments• Offshore assessment• Uncertainty• Plant design and energy 

production estimates

Michael Brower et al., Wind Resource Assessment: A Practical Guide for Developing a Wind Project (Wiley, June 2012)

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Wind Resource Assessment Process

Monitoring Campaign

Preliminary Reporting

Energy Production Report

Data Analysis

Site Prospecting

Wind Resource Modeling

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Goal of Resource Assessment: Minimize Uncertainties in Expected Energy Production

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

Measurement Past Climate Future Climate Shear Wind FlowModeling

Uncertainty in

 Mean Wind Speed at Hub

 Height

High

Low

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Site Prospecting: Key Considerations• Good wind resource

– Greater than 6 m/s at hub height typically required– Estimated from wind maps, weather stations, vegetation, anecdotal 

information• Transmission access and available capacity

– Typically at least 115KV– Less than 20 km distance

• Site constructability (moderate slopes, road access)• Compatible land uses

– Private farmland, rangeland, grassland preferred• Favorable market conditions (e.g., Renewable Portfolio Standard)• Local support• Few or no environmental and cultural obstacles• Geographical information systems (GIS) are essential

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Online Prospecting Support

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Monitoring Campaign Design• Most monitoring campaigns rely on tall towers (60+ m height)

– Ground‐based sodar and lidar are growing in popularity, but are not the primary instrument in most cases

• Typical tower instrumentation:– Two cup anemometers on each of three heights– One direction vane at two heights– Temperature sensor near ground level

• Additional optional instrumentation:– Pressure– Temperature change with height (“Delta‐T”)– Vertical wind speed

• Tower number and placement– Should be representative of likely turbine locations– NOT only in the best sites

• At least one year of data collection– Captures seasonal variations

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Tubular Met Tower

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Data CollectionData Logger

Modem / iPack(CDMA, GSM, Satellite)

AWS TruepowerWind Sensors

AWST Meteorologist

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Online Data Management1. Google maps 

interface for spatial orientation 

2. Projects organized in a navigation panel

3. Online view of mast statistics

4. Sensor summaries and failure flags

5. Sensor plots

6. Raw and QC’d data available for download

7. Monthly reports

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Data QC and Validation• Tall tower wind speed and direction data aren’t 

necessarily free of problems• Common data issues:

• Sensor failures and degradation

• Sensor icing• Tower shadow and 

secondary effects• Influence of turbulence,

inflow angle

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©2011 AWS Truepower, LLC

Icing

• What an anemometer should look like

• What it sometimes really looks like 

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Assessment of Long‐Term Wind Resource PotentialAdjust Measurements to the Long‐Term [Measure‐Correlate‐Predict (MCP)]

• Establish a relationship between the primary on‐site mast and a long‐term reference site 

• Often based on daily mean wind speeds• Possible reference sites include National Weather Service stations, rawinsonde 

(upper‐air) stations, offshore buoys, and modeled data

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Measured data using sodar

Extrapolation from met mast

50 m met mast

1.5 MW wind turbine

Roughness sublayer

Surface Layer (top 50‐100m)

Extrapolation to Hub Height• Characteristic shear measured on the mast• Consider the observed tower shear and its surroundings• Use ground‐based remote sensing (sodar/lidar), if possible

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Wind Flow Modeling

• Extrapolates from a few wind resource measurements to an entire wind farm

• Allows optimization of the plant layout• Doing it well is essential for accurate 

energy production estimates

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• Full time‐varying 3D physical model of the atmosphere

• Solve the Navier‐Stokes equations, including energy balance, surface exchanges, phase transitions, turbulence parameterization…

• Predict the evolution of meteorological variables: Pressure Temperature  Wind speed  Air density  Humidity  and more…

Numerical Weather Prediction (NWP) Models

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NWP Modeling ‐ Hawaiian Islands 

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NWP Modeling – Mountainous Area 

Wind flow at 80‐m height

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Typical Outputs

• Wind speed map• Wind resource grid• Speed/direction 

distributions• Used in plant design and 

analysis programs

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Energy Assessment and Project Design

• Flexible: Designed for individuals to large consultancies, beginners to experienced wind engineers. 

• Compatible: Supports all leading file formats and data types.

• User‐defined: Architecture patterned after geographical information systems, allows for complex exclusions and setbacks to be designed easily for the most challenging sites. 

• Transparent: Open source platform. Calculations can be observed and vetted independently, and features can be added or modified by users. 

Wind Farm Design and Optimization Software

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Thank you

For more information contact: [email protected]

+1‐978‐835‐8263


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