В США используют модели струйных течений для информирования о развитии морской ветроэнергетики

Федеральное правительство США планирует провести крупнейшую в истории страны сделку по аренде морских ветряных электростанций. В связи с этим весьма актуальным выглядит новое исследование Корнельского университета, которое касается разработки морских ветроэлектростанций. Учёные разработали модель, характеризующую частоту, интенсивность и высоту струи на малых высотах, которая течёт на прибрежной зоны США со стороны Атлантики.

Изображение: mdpi.com

Низкоуровневые струи представляет собой быстро перемещающиеся потоки воздуха в двух нижних километрах атмосферы. Такие потоки могут иметь плюсы и минусы для ветрогенераторов. Чаще всего они приводят к увеличению скорости ветра, что улучшает характеристики турбины. В то же время, они могут увеличить нагрузку на лопасти и опоры турбины из-за турбулентности и более высокого сдвига ветра. Понимание природы низкоуровневых струй важно для планирования срока службы ветряных турбин и их производительности.

Эйрд занимался анализом низкоуровневых струй на базе модели исследования и прогнозирования погоды (WRF), которую предоставила Сара С. Прайор, профессор кафедры наук о земле и атмосфере Корнеллского университета. Ей удалось обнаружить, что струи на малых высотах чаще возникают в районах аренды морских ветряных электростанций к югу от Массачусетса. А в Нью-Йоркской бухте (от побережья Нью-Джерси до восточной части Лонг-Айленда) и южнее они возникают значительно реже.

Эйрд сказал, что их исследование специально было сосредоточено на струях, возникающих на малых высотах. В основном они уделяли внимания струям на высоте примерно 500 м или ниже. На более низких высотах эти струи с большей вероятностью будут взаимодействовать с ветрогенератором. Исследователям также удалось обнаружить, что низкоуровневые струи могут возникать на высоте 150 м над уровнем моря. Это значит, что они практически наверняка будут взаимодействовать с морскими ветрогенераторами, которые планируется построить на восточном побережье США. Например, это касается турбин для ветряной электростанции Vineyard у побережья Массачусетса, высота ступицы которых составляет 140 м.

В результате проведённого анализа были составлены карты возникновения струй на малых высотах. Примерно 12% времени, когда они возникают, приходятся на конец весны и начало лета. В этот период здесь наблюдаются серьёзные горизонтальные температурные градиенты. Учёные надеются, что исследование поможет разработчикам морских ветряных электростанций лучше прогнозировать возникновение струй на малых высотах.

До этого исследования существовала неопределенность в отношении того, насколько часто в этом районе будут возникать струи на малых высотах. Было мало данных об их скорости и высоте из-за того, что отсутствовали климатологические измерения ветра для Восточного побережья. Проведённое исследование уникально тем, что специалисты использовали данные WRF высокого разрешения за два года в широкой географической области. Охват для анализа низколетящих струй составил 13 из 16 запланированных морских арендных площадей.

По результатам исследования Эйрд написал статью в соавторстве с Прайором, Ребеккой Бартельми из Школы машиностроения и аэрокосмической техники Сибли, а также доктором Тристаном Шепердом. Исследование было профинансировано Министерством энергетики США, Управлением по исследованиям и разработкам в области энергетики штата Нью-Йорк (через Национальный консорциум по исследованиям и разработкам в области оффшорной ветроэнергетики) и Национальным научным фондом.