Исследование, проведенное в сотрудничестве с Национальным центром атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо, и Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США в Голдене, штат Колорадо, подчеркивает ограничения существующей конструкции турбины и может служить руководством для производителей и инженеров, ищущих в будущем построить более устойчивые к ураганам турбины.В последние годы в США активизировалось развитие морской ветроэнергетики: проекты либо находятся на рассмотрении, либо уже реализуются в большинстве прибрежных штатов Атлантического океана от Мэна до Каролин, а также на Западном побережье и в районе Великих озер. Первая в стране оффшорная ветряная электростанция, состоящая из пяти турбин, начала коммерческую эксплуатацию в декабре 2016 года у побережья Род-Айленда.Стандарты проектирования турбин регулируются Международной электротехнической комиссией (МЭК).
Для оффшорных турбин не существует конкретных инструкций по ураганным ветрам. Однако морские турбины могут быть построены больше, чем наземные турбины, благодаря способности производителя транспортировать более крупные формованные компоненты, такие как лопасти, на грузовом судне, а не по суше по железной дороге или грузовиком.
Для исследования исследователи CU Boulder намеревались проверить пределы существующего стандарта проектирования. Из-за отсутствия данных наблюдений по высоте ветряной турбины они вместо этого использовали моделирование больших вихрей для создания мощного урагана с помощью компьютера.
«Мы хотели понять наихудший сценарий для морских ветряных турбин, а для ураганов это Категория 5», — сказала Рошель Уорсноп, научный сотрудник Отделения атмосферных и океанических наук (ATOC) CU Boulder и ведущий автор исследования. .Это уникальное моделирование с высоким разрешением показало, что в условиях Категории 5 средняя скорость ветра у края шторма достигала 90 метров в секунду, что значительно превышает пороговое значение в 50 метров в секунду, установленное действующими стандартами.«Скорость ветра такой силы во время ураганов наблюдалась и раньше, но лишь в нескольких случаях, и эти наблюдения часто ставятся под сомнение из-за опасных условий и ограничений инструментов», — сказал Джордж Брайан из NCAR и соавтор исследования. . «Используя моделирование крупных вихрей, мы можем показать, как могут развиваться такие ветры и где они возникают внутри ураганов».Кроме того, в действующих стандартах не учитывается отклонение — мера изменения направления ветра на вертикальном пролете. В моделировании направление ветра между кончиком ротора и его ступицей изменилось на 55 градусов, создавая потенциально опасную нагрузку на лопасть.
Полученные результаты могут быть использованы, чтобы помочь разработчикам ветряных электростанций улучшить стандарты проектирования, а также помочь заинтересованным сторонам принимать информированные решения о затратах, выгодах и рисках размещения турбин в районах, подверженных ураганам.«Исследование поможет обосновать выбор дизайна до того, как в регионах, подверженных ураганам, начнется наращивание объемов оффшорной ветроэнергетики», — сказал Уорсноп, получивший финансирование от Программы стипендий для аспирантов Национального научного фонда для проведения этого исследования. «Мы надеемся, что это исследование поможет производителям и разработчикам ветряных турбин в успешном использовании невероятно мощных ветровых ресурсов за пределами наших береговых линий».«Успех может означать либо создание турбин, способных выдержать эти экстремальные условия, либо понимание общего риска, чтобы можно было снизить риски, возможно, с помощью финансовых инструментов, таких как страхование», — сказала профессор Джули Лундквист из ATOC и Института возобновляемой и устойчивой энергетики в Боулдере (CU Boulder) ( РАСЭИ), соавтор исследования. «Следующим этапом этой работы будет оценка того, как часто эти экстремальные ветры будут воздействовать на морскую ветряную электростанцию на атлантическом побережье в течение 20–30-летнего срока службы типичной ветряной электростанции».
Результаты были недавно опубликованы в журнале Geophysical Research Letters, издании Американского геофизического союза.