随着夏季的临近，美国的电力需求激增，因为家庭和企业都打开了空调。为了满足日益增长的需求，许多东海岸城市都寄希望于该国正在大西洋建设的海上风电项目。
对于电网运营商来说，知道这些海上涡轮机能收获多少风力至关重要，但做出准确的预测可能很困难。科罗拉多大学博尔德分校的一组科学家和他们的合作者正在努力应对这一挑战。
在3月14日发表在《风能科学》(Wind Energy Science)杂志上的一篇论文中，由博士生Dave Rosencrans和大气与海洋科学系教授Julie K. Lundquist领导的研究小组估计，美国计划在大西洋地区建造大型风力发电场的海上风力涡轮机，可能会带走附近其他风力涡轮机的风力，可能会使发电场的发电量减少30%以上。
考虑到这种所谓的“尾流效应”，研究小组估计，拟议中的风力发电场仍然可以满足新英格兰电网约60%的电力需求，该电网覆盖康涅狄格州、缅因州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、罗德岛州和佛蒙特州。
“美国正计划建造数千个海上风力涡轮机，所以我们需要预测这些尾流何时会昂贵，何时影响甚微，”伦德奎斯特说，他也是科罗拉多大学博尔德分校可再生和可持续能源研究所的研究员。
了解尾流效应
当风通过涡轮机时，位于前部或上游的涡轮机会从风中提取一些能量。结果，风力变慢，在涡轮机后面变得更加动荡。这意味着下游的涡轮机风力变慢，有时会导致发电量降低。
该论文的第一作者罗森克伦斯说，这种尾流效应在近海尤其明显，因为那里没有房屋或树木来搅动空气，从而帮助消散尾流。
利用计算机模拟和大气观测数据，研究小组计算出，在东海岸拟建的风力发电场，尾流效应会使总发电量减少34%至38%。大部分的减少来自于单个农场内涡轮机之间形成的尾迹。
但在某些天气条件下，尾流可以到达顺风55公里处的涡轮机，并影响其他风力发电场。例如，在炎热的夏季，凉爽的海面上的气流往往相对稳定，导致尾流持续时间更长，传播距离更远。
“不幸的是，夏天是电力需求很大的时候，”罗森克兰斯说。“我们发现尾流将对发电产生重大影响。但如果我们能够预测它们的影响，并预测它们何时发生，那么我们就可以在电网上管理它们。”
平衡的行为
2024年初，美国第一个大型海上风电项目在马萨诸塞州海岸附近建造了五台风力涡轮机，向新英格兰电网输送了第一批风电。罗德岛州、弗吉尼亚州和纽约州沿海地区正在建造更多的涡轮机。拜登政府制定了到2030年安装30千兆瓦海上风力发电能力的目标，这足以为1000多万户家庭提供一年的电力。
与来自化石燃料的能源相比，风能和太阳能往往是可变的，因为太阳并不总是发光，风也不总是吹。
Lundquist说，这种可变性给电网运营商带来了挑战。电网是一个复杂的系统，需要实时实现供需的完美平衡。任何不平衡都可能导致毁灭性的停电，就像2021年德克萨斯州发生的那样，停电造成近250人死亡。
随着国家继续扩大可再生能源项目，并将更多的清洁电力纳入电力系统，电网运营商需要准确地知道他们可以从每种可再生能源中获得多少能源。
为了更好地了解拟议中的风电场区域的风是如何吹的，Lundquist的团队访问了新英格兰海岸附近的岛屿，并在去年12月安装了一系列仪器，作为能源部风力预报改进项目3的一部分。该项目由科罗拉多大学博尔德分校、伍兹霍尔海洋研究所和其他几个国家实验室的研究人员合作完成。
包括气象监测仪和雷达传感器在内的仪器将收集未来一年或更长时间的数据。以前，海上风电预测模型通常依赖于船只和卫星观测的间歇性数据。科学家们希望，有了直接来自海洋的连续数据，他们可以改进预测模型，更好地将更多的海上风能整合到电网中。
除了对空调和热泵的需求不断增长外，由于电动汽车、数据中心和制造设施的日益普及，美国的用电量近年来也在迅速上升。分析预测，未来5年，美国的电力需求将增长近5%，与过去10年估计的0.5%的年增长率相比，这是一个大幅增长。
伦德奎斯特说:“我们需要多样化的清洁能源来满足需求，并使电网脱碳。”“有了对风能更好的预测，我们可以更多地依赖可再生能源。”
更多信息:David Rosencrans等人，尾流对美国大西洋中部海上风力发电厂发电影响的季节性变化，风能科学(2024)。引文:美国海上风力发电场能产生多少能量?新的研究揭示了(2024年，4月25日)2024年4月25日检索自https://techxplore.com/news/2024-04-energy-offshore-farms.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
