Оффшорные ветряные турбины, построенные в соответствии с действующими стандартами, могут не выдержать мощных порывов урагана 5-й категории, что создает потенциальный риск для любых таких турбин, построенных в районах, подверженных ураганам, говорится в новом исследовании Университета Колорадо в Боулдере. шоу.
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 дать рекомендации для производителей и инженеров, стремящихся построить в будущем более устойчивые к ураганам турбины.
Развитие оффшорной ветроэнергетики в США резко возросло в последние годы, при этом проекты либо находятся на рассмотрении, либо уже реализуются в большинстве прибрежных штатов Атлантического океана от Мэна до Каролины, а также на Западном побережье и Великих озерах. Первая в стране морская ветряная электростанция промышленного масштаба, 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 правил для ураганных ветров. Однако морские турбины могут быть 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..
В ходе исследования исследователи CU Boulder решили проверить пределы существующего стандарта дизайна. Из-за отсутствия данных наблюдений на высоте ветряной турбины вместо этого они 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, дипломированный научный сотрудник Департамента атмосферных и океанических наук Калифорнийского университета в Боулдере (ATOC). ведущий автор исследования.
Эти симуляции с уникальным высоким разрешением показали, что в условиях категории 5 средняя скорость ветра у стены шторма достигает 90 метров в секунду, что значительно превышает пороговое значение в 50 метров в секунду, установленное действующими стандартами.
«Скорость ветра такой величины наблюдалась во время ураганов 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 соавтора. -автор исследования. «Используя моделирование больших вихрей, мы можем показать, как такие ветры могут развиваться и где они возникают в ураганах».
Кроме того, текущие стандарты не учитывают отклонение, меру изменения направления ветра на вертикальном пролете. В моделировании направление ветра менялось на целых 55 градусов между концом ротора и его ступицей, что создавало потенциально опасную нагрузку на лопасть.
Выводы могут быть использованы, чтобы помочь разработчикам ветряных электростанций улучшить стандарты проектирования, а также помочь заинтересованным сторонам принять обоснованные решения о затратах, выгодах и рисках размещения турбин в районах, подверженных ураганам.
«Исследование поможет сделать выбор в пользу дизайна до того, как развитие оффшорной ветроэнергетики нарастит темпы в регионах, подверженных ураганам», - сказал Уорсноп, который получил финансирование от Программы стипендий Национального научного фонда для проведения исследований. «Мы надеемся, что это исследование поможет производителям и разработчикам ветряных турбин успешно использовать невероятно мощные ресурсы ветра за пределами наших берегов».
«Успех может означать либо создание турбин, способных выжить в этих экстремальных условиях, либо понимание общего риска, чтобы можно было снизить риски, возможно, с помощью финансовых инструментов, таких как страхование», - сказала профессор Джули Лундквист из ATOC и CU Boulder’s Renewable. и Институт устойчивой энергетики (RASEI), 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 лет жизни типичной ветряной электростанции».
Выводы были недавно опубликованы в Интернете в журнале Geophysical Research Letters, публикации Американского геофизического союза.