At bygge en bedre turbine

Forestil dig en verden, hvor halvdelen af ​​vores elektricitet genereres vedvarende af havvindmølleparker. Forestil dig nu en kraftig orkan, der rammer kysten, hvor gården ligger. Hvis udviklere, ingeniører og politiske beslutningstagere har ikke forberedt sig på denne begivenhed, kysten kan få store konsekvenser såsom blackouts og brownouts. Dette er et scenarie, som Sanjay R. Arwade, professor i civil- og miljøteknik ved UMass Amherst, arbejder på at gardere sig imod, da havvind bliver mere fremtrædende på det amerikanske marked.

"Offshore vind er en kæmpe mulighed for USA, især på østkysten...men langs USA's østkyst, der er risiko for orkaner, et problem, vi ved, hvordan man modellerer og afhjælper. Det kommer bare til at kræve forskningsarbejde for at sikre, at vi gør udvikling rigtigt, " siger Arwade.

UMass Amherst har de nødvendige værktøjer og eksperter til at tage fat på forskningsproblemerne fra havvind. Campus er hjemsted for Wind Energy Center (WEC), hvor mange af disse risikovurderinger studeres, og UMass-forskere bidrog i vid udstrækning til en nyligt offentliggjort offshore vindvurdering og anbefalingsrapport fra Massachusetts Research Partnership in Offshore Wind. Rapporten antyder, at Massachusetts kan være førende inden for udvikling af havvind i USA. Arwade, et medlem af WEC og en medforfatter af rapporten, har ført et hold af kandidatstuderende og postdoktorale forskere til at bestemme de risici, som orkaner udgør gennem simuleringer og eksperimenter.

"Meget af det, vi laver, er at sammensætte forskningskomponenter, der er godt forstået i sig selv, men som ikke er blevet forbundet på meningsfulde måder, " sagde Arwade, "Folk ved, hvordan man analyserer offshore-strukturer, fra olie- og gasindustrien i USA til havvindindustrien i Europa. Folk ved i vid udstrækning, hvordan man modellerer orkaner, men det, der ikke er blevet gjort, er at sætte de to ting sammen."

Gennem samarbejde med andre universiteter, Arwade siger, at hans team og samarbejdspartnere har opdaget, at orkaner har funktioner i deres vindfelter, som kan være vigtige for design af havvindmøller. De har også set på, hvordan store brydende bølger interagerer med strukturerne. Anden forskning, som Arwades team arbejder på, omfatter at se på faste og flydende bundmøller og de muligheder, der opstår fra dem, skabe kort over, hvor brydende bølger opstår, og bruge scenarier til at se på sandsynligheden for orkaner i forhold til klimaændringer i fremtiden.

På tur, WEC's forskning i orkanrisikovurdering vil gavne havvindindustrien ved at give udviklere information, de har brug for til at designe og implementere offshorefarme med energisikkerhed og pålidelighed i tankerne.

"Ved at levere bedre modeller for orkanrisiko tror jeg, at vi kan hjælpe med at sikre energisikkerhed, hovedsagelig for at hjælpe regulatorer med at sikre, at 20 år fra nu, når vi opnår en stærkere tilstedeværelse af vedvarende energi, at når du drejer på kontakten, lysene tænder," siger Arwade.

En anden stor sikkerhedspåvirkning af offshore-design er at ændre standarderne for at sikre sikre og effektive havvindstrukturer.

"Det største, der vil ske, er revision af designkoder, "Arwade sagde om den forskning, hans team laver, "Så når en gruppe ingeniører går for at designe en struktur, hvad de gør er, at de refererer til designkoder eller designspecifikationer, og disse designkoder instruerer effektivt ingeniøren om, hvor stærk man skal lave en struktur på et givet sted. Det fortæller ingeniøren, hvad belastningerne er og sådan noget. Der er allerede sket nogle fremskridt i denne retning mod at udvikle orkanbaserede designstandarder, men jeg tror, ​​det er her, virkningen vil kunne mærkes."

Offshore vind er ved at blive en global industri, der skal gennemgå yderligere forskning for at komme videre i USA. Den førnævnte rapport anslog, at "elektricitet som en brøkdel af verdens energiforbrug vil stige fra 18% nu til 40% i 2050", og at "86% af denne elektricitet vil blive produceret fra vedvarende ressourcer, næsten alle vil komme fra vindenergi (på land og offshore), solcelleanlæg, og vandkraft."

Det arbejde, som Arwade og andre eksperter hos UMass Amherst udfører, er vigtigt for fremtiden for havvind i Massachusetts. Campus er parat til at tage føringen inden for forskning, med mange anbefalinger i rapporten.

"Vi har ikke råd til, at denne industri bliver skadet af uventede fiaskoer, " siger Arwade.