Harm Jonker

Vloeistofdynamica voor de energietransitie

Stromingsleer bij Whiffle.

Met de crisis van 2022 in fossiele  energie is de noodzaak om snel over  te schakelen op een energiesysteem  gebaseerd op hernieuwbare bronnen  nog urgenter geworden. Aangezien  de atmosfeer een van onze primaire  energiebronnen aan het worden is, is  het begrijpen van de atmosferische  luchtstroom door windmolenparken  een zaak van groot economisch en  maatschappelijk belang geworden. 

Whiffle beschikt over unieke  wetenschappelijke kennis voor het  nauwkeurig voorspellen van lokale  weerspatronen en atmosferische  stromingen bij wind- en zonneparken.  Deze kleine Nederlandse onderneming  werd in 2015 opgericht als spin-out  vanuit de Technische Universiteit  Delft. Ze gebruiken geavanceerde  3D-modellen met weerparameters om  lokale omstandigheden op microschaal  te voorspellen met een resolutie van  100 meter of fijner.

De unieke technologie van Whiffle is  gebaseerd op “Large Eddy Simulatie”,  wat sinds de jaren tachtig in de  academische wereld wordt gebruikt om  wolken en turbulentie te onderzoeken.  Deze complexe simulaties van  stromingsdynamica vereisen extreem  veel rekenkracht, zelfs meer dan  wat supercomputers kunnen bieden.  Whiffle onderzocht de mogelijkheden  om het simulatiemodel te laten werken  op Graphical Processing Units (GPUs).  De voorspellingsnauwkeurigheid van  de intern ontwikkelde Computational  Fluid Dynamics (CFD) software is  verbazingwekkend en wordt nu ruim  100 keer sneller verkregen op de  grafische kaarten dan met reguliere  supercomputers. 

Windturbines zijn ontworpen met een  belangrijk doel: het onttrekken van  bewegingsenergie aan de atmosfeer  en dit omzetten in elektrische energie.  Ze doen dit zeer efficiënt en daarom  bevindt zich achter een windturbine  een zoggebied met een aanzienlijke  verminderde windsnelheid. Een van  de uitdagingen bij het begrijpen van  de stromingsfysica van windparken is  de koppeling tussen de microschaal  (zeg op het niveau van de turbine  van orde 100 m) en de mesoschaal  (100 km of meer) die relevant is voor  atmosferische processen. 

Het belangrijkste verschil is de  ultrahoge resolutie die Whiffle  gebruikt in de modellen. Dit maakt  een nauwkeurige en natuurlijke  weergave mogelijk van kleinschalige  stromingsprocessen zoals turbulentie,  oppervlakte-interacties, wolkenvorming  en neerslag op een bepaalde plaats  en tijd. Dit alles met een ongekend  detail in de ruimte en tijd. Voor  windparken levert dit zeer nauwkeurige  voorspellingen op over de productie  van windenergie. Ook kan de indeling  van nieuwe windparken worden  geoptimaliseerd door het rendement  van windparken en de interactie van  windturbines zelf met de wind in het  park te berekenen. 

De detailbeschrijving van  stromingen is niet alleen relevant  voor windturbineparken, maar  kan ook worden gebruikt voor  vele andere milieutoepassingen.  Bijvoorbeeld het nauwkeurig  vastleggen van de verspreiding van  luchtverontreinigende stoffen door  de atmosfeer, rekening houdend met  de invloed van turbulentie, obstakels,  wind, weersverschijnselen en landzeeovergangen  op de verspreiding van  deeltjes.

 Voor meer informatie: www.whiffle.nl