Chapter · September 015 doi: 10. 1201/b18973-33 citations 11 reads 3,065 authors: Some of the authors of this publication are also working on these related projects

---

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: 
https://www.researchgate.net/publication/282358818
Offshore wind energy assessment for the Iberian coast with a
regional atmospheric model
Chapter
· September 2015
DOI: 10.1201/b18973-33
CITATIONS
11
READS
3,065
2 authors:
Some of the authors of this publication are also working on these related projects:
Modelling Uncertainty and Variability
 
View project
Variable geometry Wave Energy Conversion system for floating platforms (PTDC/EME-REN/0242/2020).
View project
Nadia Salvacao
Technical University of Lisbon
19
PUBLICATIONS
366
CITATIONS
SEE PROFILE
Carlos Guedes Soares
University of Lisbon
2,688
PUBLICATIONS
49,764
CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by 
Carlos Guedes Soares
on 12 October 2015.
The user has requested enhancement of the downloaded file.

---

Renewable Energies Offshore – Guedes Soares (Ed.)
© 2015 Taylor & Francis Group, London, ISBN: 978-1-138-02871-5
Offshore wind energy assessment for the Iberian coast
with a regional atmospheric model
N. Salvação & C. Guedes Soares
Centre for Marine Technology and Ocean Engineering (CENTEC), Instituto Superior Técnico,
Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal
ABSTRACT:
This paper determines the offshore wind power resources off the Iberian coast using 5 years of
high resolution winds produced with the mesoscale atmospheric model WRF. The results from the numerical
simulations are compared against hourly wind observations to provide an objective verification of whether the
model is able to reproduce realist wind circulation patterns within the study area. Moreover, the wind speed
frequency distribution is used to calculate the annual energy production at each of five hypothetical locations
for wind turbine installation, based on the specifications of a Vestas V80 wind turbine. The results show that the
model is able to produce realistic offshore wind climatologies making it a reliable and powerful tool for building
wind resource maps. Moreover, on the basis of the assumptions made and the turbine type selected, it can be
concluded that a high potential for offshore wind energy harnessing is available in the Portuguese and Northern
Spain coasts.
1
INTRODUCTION
Given the recent concerns over climate change and the
increase of energy demand, a consequent search for
alternative forms of renewable energies arises as one
of the many policies that tackle the emissions problem
(Kyoto Protocol). Renewable energies such as solar,
wind, geothermal, hydroelectricity and tidal energy are
sustainable resources that never run out and therefore
represent viable alternatives to finite resources like
fossil fuels (Islam et al., 2013).
Portugal promotes energy efficiency and the use
of renewable energy sources and is fast becoming a
leading country in terms of renewable energy genera-
tion capacity. In the first five months of 2013 around
75 per cent of electricity generation was covered
by renewable energies according to the Portuguese
Renewable Energy Association. Furthermore renew-
able energies accounted for a total of 58.3% of the
country’s electricity generation in 2013.
Among the several methods available to harness
energy, wind has become one of the world’s fastest
growing renewable energy with Portugal as one of the
leading European countries in terms of wind power
penetration. Onshore wind already plays a leading role
in the generation of renewable electricity and by the
end of 2013 it represented a share of 23% of the total
electricity consumption. Portugal and Spain had, by the
end of 2013, 4.724 MW and 22.959 MW of installed
capacity respectively, generated by onshore structures
and along this year 196 and 175 MW was installed for
Portugal and Spain, respectively (The European Wind
Energy Association, 2014).
Despite the leading role of onshore structures in
the total renewable electricity generation, it is likely
that offshore wind power will increase more than the
onshore sector mainly due to its practicality and fewer
constraints such as the lack of space inland, the minor
impact in the environment and the government support
in some countries. Also, the longer distance from the
coast has less effect on humans and the wind speeds
are usually higher and more uniform due to less tur-
bulence effects. In fact, in 2013 the onshore market
decreased in the EU by 12%, whilst offshore installa-
tions grew by 34%. In addition, the possibility to use
floating platforms, a technology still in development,
overcomes the present restrictions of the depth of the
seabed allowing installing foundations at larger dis-
tances from the coast. Portugal’s first offshore wind
turbine in Aguçadoura is installed on a floating foun-
dation, and is equipped with a Vestas V80 wind turbine
with 2 MW of rated power. One year after its installa-
tion was concluded, the system had already produced
3 GWh of energy. The system is moored in water
depths of slightly less than 50 meters, 5 km off the
coast of Aguçadoura.
Although floating wind turbines will be essential
in unlocking the offshore wind resource in deeper
waters, still, the average water depth of wind farms
is around 20 meters, and the average distance to shore
30 km. For the stated reasons, wind resource assess-
ment in offshore coastal areas is a subject of extreme
219

---

importance in order to build accurate and trustworthy
wind resource maps (Nunalee and Basu, 2014).
There is a wide variety of methods for address-
ing wind resource potential of a specific site. Wind
measures may be obtained from meteorological sta-
tions, reanalysis datasets, satellite data or numerical
prediction models. Wind stations are mostly located
inland and often sparsely located and therefore not
suitable for offshore wind assessment. Conversely,
satellite data has been widely used for building off-
shore wind climatology maps (Hasager et al., 2015)
and constitutes a good alternative due to the higher
spatial coverage. Despite all advantages, satellite data
it is often noisy near coastal areas due to land con-
tamination hampering an accurate wind assessment
in coastal regions. For the stated reasons the use of
numerical models constitutes a powerful tool due to
the high temporal and spatial resolution and the possi-
bility to obtain wind speeds and directions at different
heights.
The present study aims to build a wind resource
map for the Iberian coast using winds obtained from a
numerical weather prediction model. Among the broad
spectrum of available models, the Weather research
and forecast model (WRF) is a freeware model that
has proved to be an efficient tool for wind resource
assessment studies (Carvalho et al., 2014), and for
these reason will be used to conduct the simulations.
The time span of the simulation is 5 years (2009–2013)
and covers the Iberian Peninsula coast and part of the
West Atlantic Ocean. Previous studies have already
demonstrated that the Iberian coast offers favor-
able conditions for building wind harnessing devices.
(Salvação et al., 2013, Salvação et al., 2014a) and that
the model represents an added value over using winds
from coarser resolution datasets such as global models
or reanalysis data. Moreover, the added value of using
WRF is higher in the case of simulations in coastal
areas (Salvação et al., 2014b). As near shore is usually
the preferable location for the construction of wind
harnessing devices, it is of utmost importance that the
model is able to represent the coastal environment and
the small scale circulation with a high degree of suc-
cess. Therefore, coastal winds obtained from the model
are validated using measures obtained from marine
offshore buoys. Afterwards, a wind turbine model is
used to calculate the amount of energy that can be
extracted at specific locations, as well as the number
of full load hours of a wind turbine to be implemented
at these sites. For this purpose of this work the VES-
TAS V80 wind turbine with 2 MW of rated power and a
hub height of 80 m is the offshore wind turbine model
considered. In addition, the energetic potential of five
regions along the Portugal and Northern Spain coasts
is thoroughly analyzed through a quantitative analy-
sis of the amount of power that can be produced if
wind turbines were built at these sites. In addition, the
wind speed frequency of occurrence divided into bins
according to the Beaufort scale is calculated and ana-
lyzed. Finally, the intra-annual variability of the winds
is estimated in order to verify possible trends in the
Table 1.
Specifications of the WRF domains and physical
parameterizations.
Horizontal Resolution (km)
9
Grid Dimension
96 × 148
Vertical Grid dimension
47 eta levels
Terrain Resolution
5 min
Radiation
CAM scheme for both short
and long wave radiation
PBL Physics
Yonsei University scheme
Microphysics
WRF Single-Moment
6-class scheme
Cumulus
Kain-Fritsch scheme
wind circulation pattern. The results are discussed in
detail on the final part of the work.
2
DATA AND METHODS
2.1