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

Wind energy production by a Vestas 2.0 MW
offshore wind turbine
Although the wind power density allows an overall
impression of the wind characteristics, the average
wind speed is not enough to accurately characterize
the energetic potential of a proposed site. High average
wind speeds can either result from occasional episodes
of extreme winds caused by local short term events as
actually be the result of a long term high frequency of
strong winds. These different wind distributions with
similar average wind speed will produce entirely dif-
ferent energy output and lead to unrealistic estimations
of the amount of energy produced.
A proper statistical analysis of the wind speed
distribution has to be carried out in order to avoid
overestimations of the actual wind power available for
extraction and building reliable wind resource maps.
The wind speed data may be available in frequency dis-
tribution format where the frequencies with which the
wind speed falls within various ranges (bins) is given
and can therefore be used to calculate the generated
output of a wind turbine.
The wind turbine chosen for this work is the Vestas
V80 2.0 offshore turbine with 2 MW of rated power, a
cut in wind speed of 4 m/s and a cut out wind speed
of 25 m/s. It has a rotor diameter of 80 m and a swept
area 5,027 m
2
. The characteristic power curve of the
Vestas 2 MW wind turbine is represented in Figure 3.
The wind speed frequency of occurrence is used
to calculate the energy generated by each wind speed
interval and hence the total energy generated through-
out the year. For calculating full load hours on an
annual basis there are 24 hr/day × 365.25 days/yr
yielding to 8766 hrs/yr.
Hence, the annual energy is given by the integration
between the cut in and cut out speed of the product
between the wind probability function and the charac-
teristic power curve multiplied by the total number of
hours in a year:
223

---

Figure 3.
Power curve of the Vestas V80 2.0 MW offshore
wind turbine.
An important feature of the wind turbine power
production is the capacity factor (CF). The CF corre-
sponds to the amount of energy delivered during a year
divided by the amount of energy that would have been
generated if the generator was running at maximum
power output throughout all the year. Although geo-
graphical location determines in great part the capacity
factor of a wind farm, it also depends of the turbine
design. The capacity is given by:
Full load hours are the number of hours during one
year during which the turbine would have to run at
full power in order to produce the energy delivered
throughout a year:
It is important to estimate and quantify the annual
energy production of proposed wind turbine installa-
tions, since this will determine the economic feasibil-
ity of a wind turbine implementation project.
An offshore installation can reach up to 4000 full
load hours per year and although investment costs
are considerable higher for offshore structures, for
an onshore installation, the operating time is usually
around 2000–2500 full load hours per year nearly half
the number of hours of some offshore locations.
Inspection of Figures 4 and 5 allows having a gen-
eral idea of de number of full load hours and the
amount of energy the turbine would produce if it
was erected at those sites. Offshore facilities placed
along the Portuguese coast would operate around 3500
hours/year up to 4000 hours in the Northern regions
and would produce an annual power output of 6–
7 GWh/year. In addition the Northern Spain coast
allows the installation of turbines capable of producing
8–9 GWh/year of energy operating up to 4500 h/year.
Table 8 summarizes the energy production evaluation
parameters for 6 propose sites along the Iberian coast.
Figure 4.
Number of full load hours of a Vestas V80-2 MW
(2009–2013) of Vestas turbine at 80 m hub height for the
period of 2009–2013.
Table 8.
Results of the energy parameters for 6 points along
the Iberian coast.
Number of
Annual energy
full load
Production
Location
hours
(GWh)
(a) Aguçadoura
3993
7.99
(b) S. Pedro de Moel
3424
6.85
(c) Peniche
3681
7.36
(d) Sines
3468
6.94
(e) Estaca de Bares
4322
8.64
(f) Villano Sisargas
4833
9.67
Already pointed out, all areas represented viable con-
ditions for building offshore wind harnessing devices
indicating a good economic feasibility which is guar-
anteed with 2300 h/year at full capacity according to
current European offshore tariffs. Once again, partic-
ular emphasis is given to Aguçadoura and S. Pedro de
Moel. At Aguçadoura, higher amounts of energy are
available for extraction.
A turbine placed off the coast of Aguçadoura would
produce approximately 8 GWh/year of wind power
nearly 1 GWh/year less than a turbine placed at S.
Pedro de Moel coast. Overall, wind turbine implemen-
tation at higher latitudes would be of most benefit. It is
worth mentioning that these calculations did not take
into account the number of hours necessary for main-
tenance and other factors that can reduce the turbine’s
availability by at least 10%. However, modern wind
turbines have a guaranteed availability of 95%.
224

---

Figure 5. Averaged annual production (GWh) of a Vestas
V80-2MW (2009–2013).
3.3
Wind speed relative frequency of occurrence
and annual variability
The main goal of this study is to build a reliable eval-
uation of the wind resource for the Iberian coast with