最近的研究康奈尔大学演示了如何使海上风电场在即将快速扩张的时候更有效。
美国计划在未来几年迅速扩大海上风力发电场，康奈尔大学的一项新研究展示了如何提高这些发电场的效率。图片来源:iStock。
来自美国内政部的重要消息，白宫批准了在东海岸水域租赁联邦水域用于大量大型风力涡轮机阵列的计划。
这项研究发表于10月20日th2021年焦耳．
大规模升级海上风力涡轮机部署对于实现全球和国家电力供应脱碳目标至关重要．
Sara C. Pryor，康奈尔大学地球与大气科学教授
地球与大气科学系由农业与生命科学学院和工程学院共享。
优越的风能资源和靠近东海岸的大型市场意味着它是美国第一阶段海上风能项目的重点，在那里，数以千计的物理上更大、容量更高的风力涡轮机将以前所未有的规模部署在大面积(约170万英亩的水域)．”
Sara C. Pryor，康奈尔大学地球与大气科学教授
内政部长德布·哈兰德10月13日说th他宣布了海上风能租赁协议的行动方针，以实现白宫宣布的到2030年部署300吉瓦(可为9000万户家庭供电)东海岸海上风能的目标。
根据纽约州能源研究与发展局(NYSERDA)的数据，纽约州目前有五个海上风电项目正在积极开发中。该州的目标是到2035年海上发电量达到9000兆瓦。目前的海上项目总容量约为4300兆瓦，可为约200万户家庭供电。
即将到来的联邦海上涡轮机部署的快速扩张为减少人为引起的气候变化提供了机会;Pryor补充说，这对优化海上涡轮机位置以有效实现发电目标提出了挑战。
根据目前的研究，由于尾流效应，一组涡轮机的发电量可能会降低30%左右。
这项研究包括水面上的低湍流条件，以及由内政部海洋能源管理局(Bureau of Ocean Energy Management)负责拍卖的租赁区域的位置和大小。即使涡轮机阵列相距15到50英里，单个风电场也会受到彼此的尾流(扰动气流)的影响。这导致风力涡轮机的早期疲劳和较低的功率生产。
Pryor的模拟可以帮助优化这些区域的涡轮间距，并为未来的部署计划提供支持。
该行业的趋势是在更大的区域使用大型风力涡轮机。例如，在欧洲，风力发电场的容量更高，从2010-2019年的321兆瓦增加到621兆瓦。最近在英国东海岸外的一个项目，霍恩西项目，有许多风力涡轮机，可以产生1.2吉瓦的电力。
这些行业趋势正在导致单个风力发电场中出现大量尾流损失(能量)的可能性增加，以及尾流相互作用的可能性增加。提高对风力涡轮机和风电场尾流的理解对于确保海上风力发电的财政投资实现发电目标并以尽可能低的成本实现这一目标至关重要．”
Sara C. Pryor，康奈尔大学地球与大气科学教授
研究人员观察到，美国远远低于其风能潜力。根据美国能源信息管理局的数据，整个美国每年使用超过4146太瓦的电力。普赖尔表示，美国周围的海上风能资源每年可以产生超过7000太瓦时的电量，发电量可能超过需求。
与此同时，研究人员和政策制定者期待着2021年10月31日开始的COP26，即2021年联合国气候变化大会(缔约方会议)。
普赖尔补充道:“拟议中的能源和基础设施法案牵动着每个人的心。随着白宫发布关于海上风能扩张和COP26开始的承诺和简报，我们的电力供应脱碳是实现任何气候变化目标的关键组成部分．”
与普赖尔一起，这项名为“超大型海上风电场的风力发电”的研究由工程学院西布里机械与航空航天工程学院教授丽贝卡·j·巴尔米(Rebecca J. Barthelmie)共同撰写;特里斯坦·j·谢泼德，地球和大气科学博士后研究员。普赖尔和巴塞尔米是康奈尔阿特金森可持续发展中心的研究员。
这项研究由美国能源部(DOE)、科学办公室、能源效率和可再生能源办公室(DOE)和NYSERDA通过国家海上风能研究与开发联盟资助。康奈尔·阿特金森此前为这项研究提供了资金。
期刊引用:
普赖尔，等．(2021年)大型海上风电场的风力发电。焦耳．doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.002．
来源:https://www.cornell.edu/