Результаты, опубликованные в статье в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, могут иметь важные последствия для будущего развития оффшорных ветряных электростанций в США, включая оценку того, сколько энергии ветра может быть произведено, какой тип турбин должен быть. количество используемых турбин и расстояние между ними.В исследовании, проведенном Кристиной Арчер из UD и Брайаном Колле из Университета Стоуни-Брук, были проанализированы исторические данные за 2003-2011 гг. На башне Кейп-Уинд, расположенной недалеко от центра Нантакет-Саунд у побережья Виноградника Марты, штат Массачусетс, и собраны дополнительные данные в там же в 2013-2014 гг.Соавторами статьи, озаглавленной «О преобладании нестабильных атмосферных условий в морском пограничном слое на шельфе северо-восточного побережья США», являются профессора UD Дана Верон и Фабрис Верон, а также Мэтью Сенкевич из Стоуни-Брук.
Основной вывод статьи состоит в том, что атмосферные условия вокруг мыса Винд преимущественно турбулентные или нестабильные, что резко контрастирует с преобладающими данными европейских морских ветряных электростанций в Балтийском и Северном море. Европейские исследования морского ветра подтверждают, что атмосферные условия там преимущественно нейтральные — то есть не слишком ветрено и не слишком тихо, а где-то посередине, причем нестабильные ветровые условия возникают только в 20% случаев.«Напротив, наше исследование показало, что ветровые условия на мысе Винд нестабильны от 40 до 80 процентов времени, в зависимости от сезона и времени суток», — объясняет Арчер, доцент Школы Земли, океана и окружающей среды. Морской науки и политики и Департамента географии и руководящий член Центра безуглеродной энергетической интеграции.
Стабильный, нестабильный и нейтральныйПо словам Арчера, объяснение того, как ветер может быть стабильным, нестабильным или нейтральным, — непростое дело. Когда атмосфера стабильна, ветер мягкий и постоянный (подумайте о том, как пилот говорит пассажирам авиакомпании сесть и насладиться поездкой, потому что на всем пути к месту назначения погода ясная).Когда атмосфера нестабильна, это похоже на турбулентность, которую испытывают пассажиры авиалинии во время полета — ветер непостоянный и заставляет сильный ветер сверху и медленный ветер снизу врезаться друг в друга и смешиваться друг с другом, что приводит к ухабистой и непредсказуемой поездке. для воздушного потока.
Нейтральные условия находятся посередине, со средней степенью турбулентности и колебаниями скорости ветра.«Преимущество этих турбулентных условий состоит в том, что на уровне турбин эти неровности вызывают сильный ветер из верхних слоев атмосферы, где обычно более ветрено. Это означает дополнительную ветровую энергию, но эта дополнительная мощность имеет свою цену: стоимость увеличения нагрузки на лопасти турбины ", — объясняет Арчер.
Арчер, эксперт по проектированию морских ветряных электростанций, говорит, что полученные данные могут иметь значение для того, как будут спроектированы будущие морские ветряные электростанции в регионе.«Если у вас повышенная турбулентность, вы собираетесь спроектировать другую ферму, особенно в том, что касается выбора турбин и расстояния между ними.
И знаете что? Даже стандарты производства ветряных турбин основаны на предположении о нейтральной стабильности», — говорит Арчер.Что-то особенное происходит на северо-востоке?Нет никаких измерений ветра и турбулентности вокруг лопастей ротора морской ветряной турбины в океане в США, потому что до сих пор их не было.
Первая оффшорная ветряная электростанция в США в настоящее время строится на острове Блок у побережья Род-Айленда.Вместо этого этот тип данных был оценен либо на основе численного моделирования, либо с использованием имеющихся данных о буях, чтобы сделать вывод о том, какие условия будут на высоте лопастей ротора ветряной турбины. Но измерения данных о ветре за 2003-2009 годы на мысе Ветровая башня, многоуровневая башня с датчиками, расположенными на высоте примерно 65 футов, 131 фута и 196 футов, показали, что атмосферные условия в районе Кейп-Код в целом нестабильны. Нейтральные условия возникают примерно в 20% случаев.
В 2013 и 2014 годах при финансовой поддержке Министерства энергетики США исследовательская группа под руководством UD запустила кампанию IMPOWR, «Улучшение моделирования и прогнозирования морских ветроэнергетических ресурсов», чтобы подтвердить выводы Кейп-ветряной башни с помощью дополнительных измерений.Исследователи IMPOWR за два лета 19 раз облетели на самолете мыс Винд, над башней и вокруг нее, и измерили ветер, температуру и влажность при различных погодных условиях. Они также установили новые датчики ветра и волнения на платформе Cape Wind.Полевые данные IMPOWR в сочетании с данными, полученными с буев, расположенных чуть выше поверхности воды, и историческими данными с мыса Ветер, нарисовали удивительную и в то же время последовательную картину ветровых ресурсов в этом районе.
«Мы получаем одно и то же сообщение, независимо от того, смотрим ли мы на турбулентность от полетов или от звуковых анемометров на вышке, или рассматриваем ли мы только данные о скорости ветра. Морская атмосфера, скорее всего, будет нестабильной, чем нейтральной. Наличие трех отдельных частей Доказательства, подтверждающие тот же вывод, позволяют нам быть уверенными в том, что происходит что-то особенное », — говорит она.Направление ветра также играет роль в том, будет ли ветер плавным или турбулентным.
Когда ветер дует с юго-запада, данные показывают, что ветер имеет тенденцию быть более стабильным и увеличивать скорость от нижней части к верхней части лопастей ротора. Но когда ветер дует с севера, северо-запада или от берега, он, скорее всего, будет нестабильным и будет иметь относительно равномерную скорость на роторе турбины, говорит Арчер.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, локализуется ли это явление в районе Кейп-Код, вдоль Восточного побережья в целом или присутствует на всей территории США, поскольку другие морские ветровые установки на Восточном побережье планируются в Мэриленде, Нью-Джерси и Массачусетсе.«Важно убедиться, что наука не недооценивает возможные ресурсы ветра», — говорит Арчер. «Теперь, когда мы знаем, что происходит на Кейп-Коде, нам нужно еще поработать, чтобы определить, существует ли это где-нибудь еще или является ли оно уникальным для этого региона».