Metocean data en tools voor offshore ontwikkelingen

Uitdagingen aanpakken met onze expertise

Om aan de wereldwijde energiebehoeften te voldoen en klimaatverandering tegen te gaan, zijn ontwikkelingen op het gebied van offshore energie cruciaal. Deze projecten staan echter voor aanzienlijke uitdagingen, waaronder extreme weersomstandigheden, klimaatveranderingseffecten en de behoefte aan duurzame en veerkrachtige infrastructuur.

Om deze uitdagingen aan te pakken, zijn uitgebreide metocean studies essentieel. Deltares studies leveren cruciale gegevens over atmosferische, hydrodynamische en golf condities, die nodig zijn voor risicobeoordelingen, het ontwerpen en onderhouden van offshore constructies.

De nauwkeurigheid van de studies wordt gewaarborgd door de expertise van Deltares op gebieden zoals golven en driedimensionale hydrodynamische modellering in complexe gebieden (bijv. met zandgolven en rotsen), modellering van tropische cyclonen, beoordeling van extreme weersomstandigheden en analyses van de impact van klimaatverandering. Daarnaast kunnen de studies, gebruikmakend van de brede expertise van Deltares, ook aspecten omvatten zoals mariene aangroei, tsunami- en seismische activiteit en zee ijs beoordelingen. Naast onze expertise maken we ook gebruik van geavanceerde tools en modellen om de kwaliteit van de geleverde metocean data en analyses te waarborgen.

Scope van onze metocean-studies

Samengevat kan de scope van de metocean-studies die wij uitvoeren het volgende omvatten:

• Validatie van metocean meetcampagnes, zoals die met drijvende LiDAR-boeien
• Gedetailleerde hoge resolutie golfmodellering
• Gedetailleerde hoge resolutie 3D-hydrodynamische modellering
• Koppeling van hoge resolutie atmosferische modellering van externe partijen met intern ontwikkelde hoge resolutie hydrodynamische en golfmodellering
• Operationele analyses, inclusief directionele en maandelijkse statistieken, weersvensters en extreme zee condities.
• Univariate, multivariate, stationaire en niet-stationaire extreme waarde analyses, inclusief de bepaling van extreme zee condities.
• Analyse van windshear en turbulentiegegevens
• Modellering van tropische cyclonen, inclusief het genereren van synthetische trajecten en modellering van bijbehorende wind-, golf- en hydrodynamische omstandigheden voor gevaren- en risicobeoordelingen
• Analyse van zee condities, inclusief kruinhoogte, lokale golfbreking en impactanalyses
• Analyse van mariene aangroei
• Analyse van sneeuw en ijs
• Tsunami- en aardbevingsrisicobeoordelingen
• Beoordeling van het effect van offshore windontwikkeling op de metocean condities
• Beoordeling van de effecten van klimaatverandering op de metocean condities
• Ondersteuning bij certificering
• Dashboards: digital twins voor operationele en onderhoudsondersteuning en lange-termijn metocean data visualisaties voor planning en ontwerp

Verbinding tussen kennistekorten en technologische behoeften

De meeste metocean assessments worden uitgevoerd met behulp van methoden en tools ontwikkeld door Deltares. Er is een circulaire verbinding tussen geïdentificeerde kennistekorten en technologische behoeften, en de kennis en tools die zijn ontwikkeld en verbeterd in gezamenlijke industrie- en onderzoeksprojecten.

Voorbeelden van joint industry- en onderzoeksprojecten

CHASM (Coupled High-resolution Atmosphere Sea Modelling)

Een van onze recente gezamenlijke industrie- en onderzoeksprojecten is CHASM (Coupled High-resolution Atmosphere Sea Modelling), met als doel de onzekerheid in de numerieke modellering van metocean condities bij offshore windparken te verminderen door het bestaande atmosferische GRASP model en het golfmodel SWAN te koppelen. We werken momenteel aan het vervolg van deze studie: het WHAM-project (Wave-Hydrodynamics-Atmosphere Model), een gezamenlijk onderzoeks- en ontwikkelingsproject dat gericht is op het significant verminderen van onzekerheden in metocean condities voor de ontwikkeling van offshore windenergie.

Offshore Meteo Dashboard

De installatie en het onderhoud van een offshore windpark brengt logistieke uitdagingen met zich mee, waarbij de coördinatie van bevoorradings- en ondersteuningsschepen, installatieplatforms (jack-ups) en het overbrengen van personeel vereist is – allemaal afhankelijk van de weersomstandigheden. Statistische analyse en voorspelling van verwachte weersvensters zijn daarom essentieel voor de planning van maritieme installaties. Deltares gezamenlijke industrie- en onderzoeksproject Offshore Maintenance op het gebied van offshore onderhoud richt zich op de ontwikkeling van een Offshore Meteo Dashboard, bedoeld voor het selecteren van korte-termijn toegangsstrategieën voor offshore wind.

Dit draagt bij aan het verlagen van de kosten en risico’s van offshore windoperatie en -onderhoud (O&M). Het toen ontwikkelde Meteo Dashboard is een geïntegreerd softwaresysteem dat gemeten en voorspelde meteorologische en hydrodynamische gegevens verzamelt, opslaat en presenteert voor elke windturbine. Het is ontworpen met een gedetailleerd voorspellingssysteem, waarbij hoge resolutie hydrodynamische modellering wordt gebruikt om voorspellingen te doen van golven, stromingen en waterstanden bij elke windturbinelocatie in het offshore windpark en langs mogelijke scheepsroutes van de haven naar het park.

Lange-termijn en hoge resolutie numerieke modellering

Om nauwkeurige operationele en extreme omstandigheden te bepalen, omvatten onze metocean tools en studies doorgaans: gedetailleerde lokale modellering van de hydrodynamica en golven over een periode van minimaal 30 jaar en met een tijdresolutie van 1 uur. De hydrodynamische modellering wordt vaak uitgevoerd met behulp van een 3D-model, en de spectrale resultaten van het golfmodel worden opgesplitst in swell- en windzee-golfsystemen.

State-of-the-art metocean tools

Toegepaste kennis van fysische processen, veldmetingen, data-gedreven analyses en geavanceerde numerieke modellen spelen een centrale rol in onze metocean studies. Voor elke studie wordt een op maat gemaakte aanpak bepaald, gebaseerd op de doelstellingen en de geschiktheid van de beschikbare tools. De belangrijkste numerieke tools die in onze studies worden gebruikt, zijn:

• ORCA: tool voor validatie en analyse van operationele en extreme waarden van metocean-data.
• TCWiSE: zeer flexibele tool voor het inschatten van extreme windsnelheden van tropische cyclonen en bijbehorende risico’s.
• Delft3D: open source software die geavanceerde hydrodynamische, morfodynamische en golfmodellering mogelijk maakt.
• SWAN: geavanceerd spectraal golfmodel (ook opgenomen in Delft3D en hoewel niet ontwikkeld door Deltares, hebben wij er wel aan bijgedragen), waarmee lange-termijn modellering van het golfspectrum mogelijk is, inclusief diepte-geïnduceerde effecten.
• BlueEarth: door Deltares geïnitieerd, community-based open data platform dat gratis wereldwijde data aanbiedt.

Deze tools worden continu doorontwikkeld op basis van de nieuwste wetenschappelijke inzichten en feedback uit lopende projecten.

Metocean studie voor de Princess Elisabeth Zone (PEZ)

De Belgische federale overheid streeft ernaar om de totale capaciteit van operationele offshore windenergie tegen uiterlijk 2030 te verhogen van 2,2 GW naar 5,4–5,8 GW, door de ontwikkeling van nieuwe offshore windparken binnen de drie kavels van de Princess Elisabeth Zone (PEZ). Om het grootste mogelijke aandeel van bijkomende offshore hernieuwbare elektriciteitsproductie te realiseren tegen de laagst mogelijke maatschappelijke kosten, heeft de Belgische overheid in 2024 het metocean team van Deltares, in samenwerking met HKV en Haedes, gevraagd om een gedetailleerde metocean studie uit te voeren voor elk van de drie kavels binnen de PEZ. Daarnaast werd gevraagd om een online dataportaal te ontwikkelen waarmee de hoge resolutie metocean data, verkregen uit de studie, vrij beschikbaar wordt gesteld aan het publiek.

Door vooraf hoogwaardige metocean data aan te bieden in een morfologisch actief gebied met grote zandbanken, kunnen de kosten voor de ontwikkeling van de bijkomende capaciteit en de benodigde hoeveelheid materialen aanzienlijk worden verlaagd. Dit voorkomt dat de offshore windparken binnen de drie kavels worden ontworpen op basis van over-conservatieve omgevingscondities. Via deze online dataset kunnen toekomstige inschrijvers de benodigde gegevens (tijdreeksen en statistieken) op exact de gewenste locatie downloaden en gebruiken als input voor hun ontwerp. Bovendien reikt de PEZ metocean dataset verder dan de grenzen van het ontwikkelingsgebied zelf, waardoor de metocean data ook voor tal van andere doeleinden door het brede publiek gebruikt kan worden.

Metocean condities tijdens het incident met de MSC Zoe

In 2019 droeg Deltares bij aan een onderzoek van de Onderzoeksraad voor Veiligheid naar het incident met het containerschip MSC Zoe, dat verschillende containers verloor ten noorden van de Nederlandse Waddeneilanden. Deltares leverde inzichten in de metocean condities (wind, golven, stromingen) tijdens het ongeval en beoordeelde de frequentie van dergelijke omstandigheden. Deze studie hielp de fysische factoren die bijdroegen aan het incident te begrijpen en leidde tot de implementatie van actieve verkeersbegeleiding voor de scheepvaart ten noorden van de Waddeneilanden.

Het verlagen van onderhoudskosten voor offshore windparken door verbeterde voorspellingen

Deltares heeft een dashboard ontwikkeld dat twee dagen van tevoren voorspellingen geeft, met betrekking tot windsnelheden, golfhoogtes en stromingen voor individuele offshore windturbines. Dit operationele beslissingssysteem helpt windparkbeheerders betere beslissingen te nemen over onderhoudsactiviteiten, waardoor kosten en risico's verbonden aan offshore windoperaties en onderhoud worden verminderd.