Havvindmøller sårbare over for vindstød i kategori 5

Havvindmøller bygget i henhold til gældende standarder er muligvis ikke i stand til at modstå de kraftige vindstød fra en kategori 5-orkan, skabe potentiel risiko for sådanne turbiner bygget i orkanudsatte områder, viser ny University of Colorado Boulder-ledet forskning.

Studiet, som blev udført i samarbejde med National Center for Atmospheric Research i Boulder, Colorado og det amerikanske energiministeriums nationale laboratorium for vedvarende energi i Golden, Colorado, fremhæver begrænsningerne ved det nuværende turbinedesign og kan give vejledning til producenter og ingeniører, der ønsker at bygge flere orkan-resistente turbiner i fremtiden.

Udviklingen af ​​offshore vindenergi i USA er steget i de seneste år, med projekter enten under overvejelse eller allerede i gang i de fleste atlantiske kyststater fra Maine til Carolinas, samt Vestkysten og Store Søer. Landets første havvindmøllepark i brugsskala, bestående af fem turbiner, begyndte kommerciel drift i december 2016 ud for Rhode Islands kyst.

Mølledesignstandarder er underlagt Den Internationale Elektrotekniske Kommission (IEC). For offshore-møller, Der findes ingen specifikke retningslinjer for orkanvinde. Offshore-møller kan bygges større end landbaserede møller, imidlertid, på grund af en producents evne til at transportere større støbte komponenter såsom vinger via fragtskib i stedet for over land med jernbane eller lastbil.

Til studiet, CU Boulder-forskere satte sig for at teste grænserne for den eksisterende designstandard. På grund af mangel på observationsdata på tværs af højden af ​​en vindmølle, de brugte i stedet simuleringer med store hvirvelstrømme til at skabe en kraftig orkan med en computer.

"Vi ønskede at forstå det værst tænkelige scenarie for havvindmøller, og for orkaner, det er en kategori 5, " sagde Rochelle Worsnop, en kandidatforsker i CU Boulders afdeling for atmosfæriske og oceaniske videnskaber (ATOC) og hovedforfatter af undersøgelsen.

Disse unikke højopløsningssimuleringer viste, at under kategori 5-forhold, gennemsnitlige vindhastigheder nær stormens øjenvæg nåede 90 meter i sekundet, et godt stykke over den tærskel på 50 meter pr. sekund, der er fastsat af gældende standarder.

"Vindhastigheder af denne størrelsesorden er blevet observeret i orkaner før, men i kun få tilfælde, og disse observationer stilles ofte spørgsmålstegn ved de farlige forhold og begrænsninger ved instrumenter, " sagde George Bryan fra NCAR og en medforfatter af undersøgelsen. "Ved at bruge simuleringer med stor hvirvel, vi er i stand til at vise, hvordan sådanne vinde kan udvikle sig, og hvor de forekommer i orkaner."

Desuden, nuværende standarder tager ikke højde for veer, et mål for ændringen i vindretning over et lodret spænd. I simuleringen, vindretning ændret med så meget som 55 grader mellem spidsen af ​​rotoren og dens nav, skabe en potentielt farlig belastning af klingen.

Resultaterne kan bruges til at hjælpe vindmølleparkudviklere med at forbedre designstandarder samt til at hjælpe interessenter med at træffe informerede beslutninger om omkostningerne, fordele og risici ved at placere turbiner i orkanudsatte områder.

"Undersøgelsen vil hjælpe med at informere designvalg, før udviklingen af ​​offshore vindenergi øges i orkanudsatte regioner, sagde Worsnop, der modtog finansiering fra National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program til at udføre denne forskning. "Vi håber, at denne forskning vil hjælpe vindmølleproducenter og -udviklere med succes at udnytte den utroligt kraftfulde vindressource lige uden for vores kystlinjer."

"Succes kan betyde enten at bygge turbiner, der kan overleve disse ekstreme forhold, eller ved at forstå den overordnede risiko, så risici kan mindskes, måske med finansielle instrumenter som forsikring, " sagde professor Julie Lundquist fra ATOC og CU Boulder's Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), medforfatter til undersøgelsen. "Den næste fase af dette arbejde ville være at vurdere, hvor ofte disse ekstreme vinde ville påvirke en havvindmøllepark på Atlanterhavskysten i løbet af en typisk vindmølleparks levetid på 20 til 30 år."

Resultaterne blev for nylig offentliggjort online i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , en udgivelse af American Geophysical Union.