CFD-studie van de invloed van de aanleg van een zonnepark — waarvoor gedeeltelijke ontbossing nodig is — op de bodemerosie: windanalyse, gevoelige zones en passieve oplossingen.
De kern. In opdracht van SOLVEO energie heeft EOLIOS met CFD-simulatie het risico op winderosie beoordeeld dat samenhangt met de aanleg van een fotovoltaïsch park (Bourriot-Bergonce) waarvoor gedeeltelijke ontbossing nodig is. Een analyse op meerdere schalen — van het gebied tot aan de voet van de panelen — brengt de windsnelheden op 10 cm boven het maaiveld in kaart, vóór en na de werken. Resultaat: de ontbossing veroorzaakt plaatselijke snelheidspieken, maar de paneeltafels werken als passieve barrière die de stroming afremt; het risico op algemene erosie blijft beheerst, waarbij gerichte windschermen de gevoelige zones veiligstellen.
EOLIOS Ingénierie is gevraagd de risico's op winderosie te beoordelen voor het zonneparkproject in Bourriot-Bergonce. Omdat voor de aanleg van het park gedeeltelijke ontbossing nodig is, was het cruciaal te bepalen of de wijziging van het terrein en het toevoegen van fotovoltaïsche panelen de bodem kwetsbaarder kon maken onder windbelasting.
Dank zij een grondige meteorologische analyse, gekoppeld aan numerieke CFD-simulaties (numerieke stromingsleer), hebben onze ingenieurs de luchtstromen over de hele locatie gemodelleerd. Met deze aanpak konden wij:
De zones met erosierisico in kaart brengen op de schaal van het gebied, het plangebied en de voet van de panelen.
Het effect van de fotovoltaïsche panelen beoordelen op de winddynamiek net boven het maaiveld.
Passieve oplossingen dimensioneren die gericht zijn op het waarborgen van de duurzaamheid van de installaties.
De winderosie is de verplaatsing van bodemdeeltjes onder invloed van de wind. Dit verschijnsel hangt af van verschillende parameters, zoals de aard van de bodem, de toestand van het oppervlak, het al dan niet aanwezig zijn van vegetatie, maar ook de sterkte en de richting van de heersende wind. Wanneer de bodem onbedekt en weinig ruw is, kan de wind de oppervlakkige deeltjes gemakkelijk in beweging brengen, wat leidt tot een geleidelijke aantasting van het terrein.
Zelfs een matige wind kan stof over kilometers verplaatsen, vandaar het belang de erosie bij de bron tegen te houden. In natuurlijke omgevingen speelt de vegetatie een fundamentele beschermende rol. Zij werkt zowel als een scherm dat de luchtstromingen nabij het maaiveld afremt, als als factor van mechanische stabilisatie dank zij de wortelstelsels. Elke verstoring van dit evenwicht kan dus rechtstreeks invloed hebben op de gevoeligheid van de site voor erosie.
Winderosie is de verplaatsing van bodemdeeltjes onder invloed van de wind. Zij hangt af van de aard en de oppervlaktetoestand van de bodem, van de vegetatie en van de sterkte van de heersende wind: een onbedekte en weinig ruwe bodem laat zijn oppervlakkige deeltjes gemakkelijk in beweging brengen.
De aanleg van een fotovoltaïsch park brengt doorgaans wijzigingen van het terrein mee, met name gedeeltelijke of volledige ontbossing van de betrokken zone. Deze verandering van de locatie wijzigt de ruwheid van het maaiveld en kan leiden tot een grotere blootstelling aan de heersende wind. In die context is het essentieel te beoordelen of de nieuwe opzet van de locatie, zodra de panelen zijn geplaatst, leidt tot een toename van het erosierisico of dat de geplaatste constructies juist bijdragen aan de bescherming van de bodem. Precies op die vraag heeft de studie van EOLIOS een antwoord gezocht.
De eerste stap van de studie is een analyse van de locatie en haar omgeving op grote schaal. Met deze aanpak kunnen de heersende windregimes worden gekarakteriseerd en kan worden begrepen hoe de luchtstromingen in wisselwerking staan met het reliëf en de omliggende natuurlijke elementen.
Dit totaalbeeld is onmisbaar om de windrichtingen met de grootste invloed te bepalen en om het project in zijn ruimtelijke context te plaatsen. Het vormt de basis waarop de fijnere analyses verderop rusten.
De resultaten van de simulatie brengen zones met snelheidspieken aan het licht die erosie bevorderen en die al vóór de start van het project aanwezig waren. De studie laat zien dat deze verschijnselen na de aanleg van het park blijven bestaan, wat onderstreept hoe belangrijk het is gerichte corrigerende oplossingen te treffen om de risico's op aantasting van de bodem duurzaam te beperken. Daarnaast stellen wij vast dat de windsnelheid ter hoogte van de paneeltafels toeneemt, waardoor « aders van snelheidspieken » ontstaan in de onmiddellijke nabijheid van de constructies. Deze plaatselijke versnellingen, veroorzaakt door de wijziging van de luchtstroming, maken fijnere studies noodzakelijk. Door op deze specifieke zones in te zoomen kunnen onze ingenieurs de erosierisico's nauwkeuriger beoordelen daar waar de stromingen het meest dynamisch zijn.
Een snelheidspiek is een plaatselijke versnelling van de stroming, veroorzaakt door kanalisering van de wind of door een geometrische discontinuïteit. Bij het maaiveld concentreren deze « aders van snelheidspieken » het erosiepotentieel en bepalen zij waar de windschermen komen.
In een tweede stap wordt de analyse toegespitst op de schaal van het plangebied. Met deze stap kan de invloed van de ontbossing en van de wijziging van het bodemoppervlak op de luchtstromingen worden onderzocht. Zij brengt de zones in beeld waar de bodem sterker aan de wind wordt blootgesteld en maakt het mogelijk het gedrag van de stromingen te vergelijken tussen de uitgangstoestand, met een vegetatiedek, en de toestand na de werken.
De aerodynamische ruwheid geeft het vermogen van een oppervlak (vegetatie, obstakels, constructies) weer om de wind nabij het maaiveld af te remmen. Hoe hoger zij is, hoe sterker de stroming wordt afgeremd: de ontbossing verlaagt haar, terwijl de paneeltafels haar gedeeltelijk herstellen.
Tot slot richt de studie zich op een plaatselijke analyse, zo dicht mogelijk bij de tafels met fotovoltaïsche panelen. Deze fijne schaal is essentieel om de directe wisselwerking tussen de wind en de constructies te begrijpen. Zij maakt het met name mogelijk het effect van de panelen op de windsnelheden bij het maaiveld te beoordelen en eventuele plaatselijke versnellingszones te bepalen, in het bijzonder in de rijen of de doorgangen.
Om de invloed van de zonnepanelen op de windstroming beter te begrijpen is een simulatie op verkleinde schaal uitgevoerd. Met deze opzet kan het effect van de fotovoltaïsche constructies op de stromingsdynamiek bij het maaiveld worden geïsoleerd.
De resultaten brengen een aanzienlijk dempend effect van de paneeltafels op de stroming aan het licht:
Opsplitsing van de stroming en het ontstaan van zones met beheerste turbulentie achter de rijen.
Dissipatie van de kinetische energie, waardoor de windsnelheid in de laag nabij het maaiveld afneemt.
Beperking van de plaatselijke versnellingen in de open ruimtes tussen de rijen.
In de praktijk draagt dit verschijnsel ertoe bij het risico op winderosie te verlagen op de locatie.
De panelen werken als een passieve barrière, die de luchtstroom stabiliseert en de kritische snelheden verlaagt die de bodemdeeltjes in beweging kunnen brengen. Deze simulatie bevestigt dus dat de opstelling en de dichtheid van de installaties een belangrijke rol spelen bij de bescherming van de bodem van windeffecten.
De resultaten van de simulatie brengen de invloed van de ontbossing op het windgedrag nabij het maaiveld aan het licht. Het verwijderen van het bosdek leidt tot een toename van de windsnelheden in de nu open zones, in het bijzonder wanneer de wind in lijn staat met de ontboste corridors van het park, wat regelmatig het geval is omdat deze richtingen overeenkomen met de heersende wind op de locatie. Deze verandering komt door het verdwijnen van de natuurlijke obstakels die de bomen vormden.
Zonder die ruwheid van de vegetatie behoudt de wind meer energie wanneer hij het maaiveld nadert, wat zijn vermogen vergroot om de oppervlakkige deeltjes in beweging te brengen. Onbedekte bodems worden zo gevoeliger voor erosie, met name in de meest blootgestelde sectoren.
De analyse nuanceert die vaststelling wel: de toename van de windsnelheden geldt niet gelijkmatig voor de hele locatie. Sommige zones blijven relatief weinig beïnvloed, afhankelijk van hun ligging, de plaatselijke topografie en hun afstand tot de hoofdwindassen.
Naast deze algemene tendens laten de resultaten het ontstaan zien van plaatselijke windversnellingen in specifieke zones van het project. Deze verschijnselen hangen vooral samen met de geometrie van de locatie, de aanwezigheid van doorlopende open zones en de richting van bepaalde ruimtes ten opzichte van de heersende wind.
Deze versnellingen blijven plaatselijk en beperkt van omvang, maar zij vormen belangrijke aandachtspunten. In die sectoren kan de wind hogere niveaus bereiken dan in de rest van het park, waardoor het erosiepotentieel plaatselijk toeneemt. De simulatie maakt het mogelijk deze zones precies te lokaliseren en de mechanismen te begrijpen, wat essentieel is om passende corrigerende maatregelen te treffen.
Het beschermende effect van de panelen is echter niet gelijkmatig en hangt af van verschillende parameters, zoals hun richting, hun onderlinge afstand en hun uitlijning ten opzichte van de heersende wind. Sommige opstellingen bevorderen de vertraging van de stromingen sterker, terwijl andere plaatselijke herverdelingen van de wind kunnen veroorzaken. Met de CFD-analyse kunnen deze verschillen in gedrag worden bepaald en kan worden nagegaan of, in de voor het project aangehouden opstelling, de plaatsing van de panelen globaal bijdraagt aan de bescherming van de bodem in plaats van aan de blootstelling ervan.
Bij de windomstandigheden die op de locatie het meest voorkomen, geven de resultaten aan dat de windsnelheden bij het maaiveld globaal onder de grenswaarden blijven die met noemenswaardige erosie samenhangen. Het risico op algemene erosie blijkt daarmee beheerst op de schaal van het park. Dit resultaat toont de waarde van een gedetailleerde analyse om voorbij de gangbare aannames te komen: goed ontworpen kan een fotovoltaïsch park zijn invloed op de bodem beperken.
Onthoud dit. Goed ontworpen verergert een fotovoltaïsch park de erosie niet noodzakelijk: in de aangehouden opstelling blijven de snelheden bij het maaiveld onder de kritische grenswaarden en werken de tafels als passieve barrière. De aandacht richt zich op enkele plaatselijke versnellingszones, die met gerichte passieve voorzieningen worden aangepakt.
Dank zij CFD konden bepaalde sterker blootgestelde zones worden bepaald. In die sectoren kunnen plaatselijke windversnellingen optreden die de gevoeligheid voor erosie ter plaatse kunnen vergroten. De nauwkeurige kartering van deze zones is een waardevol instrument om de corrigerende maatregelen te richten.
De aangehouden aanpak bestaat erin uitsluitend in te grijpen waar dat nodig is. Voor de vastgestelde gevoelige zones kunnen passieve voorzieningen zoals groene windschermen of lichte constructies worden geplaatst om de dynamiek van de stromingen te breken. Deze oplossingen zijn ontworpen om harmonisch in de omgeving van het project te passen en tegelijk duurzaam doeltreffend te zijn.
Deze studie illustreert het vermogen van EOLIOS Ingénierie om initiatiefnemers van fotovoltaïsche projecten te begeleiden bij het meewegen van de milieuvraagstukken vanaf de eerste ontwerpfasen. Door de erosierisico's te voorzien kan de haalbaarheid van het project worden veiliggesteld en kunnen kostbare corrigerende ingrepen in de gebruiksfase worden vermeden.
Met numerieke simulatie biedt EOLIOS een pragmatische aanpak die op de kenmerken van elke locatie is afgestemd. Het doel is fotovoltaïsche parken te ontwerpen die goed presteren, duurzaam zijn en hun omgeving respecteren, door de aerodynamische randvoorwaarden te benutten als een echte hefboom om het project te optimaliseren.
Expertise: modellering van zand- en stofverplaatsingEOLIOS Ingénierie voerde een CFD-onderzoek met als doel de risico's op winderosie te beoordelen die samenhangen met de aanleg van een fotovoltaïsch park waarvoor gedeeltelijke ontbossing nodig is. Dank zij een aanpak op meerdere schalen konden numerieke simulaties de luchtstromingen over de hele locatie in kaart brengen, vóór en na de werken. De resultaten laten zien dat de ontbossing een plaatselijke toename van de windsnelheden veroorzaakt, waardoor plaatselijke zones met mogelijk eroderende snelheidspieken ontstaan. De fotovoltaïsche panelen spelen echter een aanzienlijke beschermende rol door een kunstmatige ruwheid in te brengen die de stromingen bij het maaiveld afremt. Bij de gangbare windomstandigheden blijven de snelheden bij het maaiveld globaal onder de kritische erosiegrenzen, waardoor het algemene risico beheerst is. Gerichte passieve voorzieningen, zoals groene windschermen, worden aanbevolen in de meest blootgestelde sectoren om de duurzaamheid van de locatie te waarborgen.
Winderosie, zonneparken en CFD-simulatie van de bodembescherming.
Winderosie is de verplaatsing van bodemdeeltjes onder invloed van de wind. Zij hangt af van de aard van de bodem en de toestand van het oppervlak, van de aanwezigheid van vegetatie, en van de sterkte en de richting van de heersende wind. Op een onbedekte en weinig ruwe bodem kan zelfs een matige wind de deeltjes in beweging brengen en stof over kilometers verplaatsen.
Zij vergroot haar plaatselijk: door het verwijderen van de ruwheid van de vegetatie behoudt de wind meer energie nabij het maaiveld, vooral wanneer de ontboste corridors in lijn staan met de heersende wind. Het effect is echter niet gelijkmatig — sommige zones blijven weinig beïnvloed, afhankelijk van de topografie en de afstand tot de hoofdwindassen.
In de onderzochte opstelling beschermen zij de bodem globaal: de tafels werken als een passieve barrière die de stroming opsplitst, beheerste turbulentie achter de rijen veroorzaakt en de snelheid nabij het maaiveld verlaagt. Het effect hangt echter af van hun richting, hun onderlinge afstand en hun uitlijning ten opzichte van de heersende wind.
De CFD-simulatie brengt de windsnelheden bij het maaiveld op meerdere schalen in kaart (gebied, plangebied, voet van de panelen), vóór en na de werken. Zij lokaliseert de zones met snelheidspieken nauwkeurig en maakt het mogelijk gerichte corrigerende oplossingen te dimensioneren in plaats van de hele locatie aan te pakken. Zie ook onze expertise modellering van zand- en stofverplaatsing.
Passieve voorzieningen — groene windschermen of lichte constructies — worden uitsluitend geplaatst daar waar CFD plaatselijke versnellingen aantoont. Zij breken de dynamiek van de stromingen, passen in de omgeving van het project en zijn duurzaam doeltreffend zonder algemene meerkosten.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
CFD-expertise, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele vakgebied lucht & wind op één plek.
