Готовы ли морские ветряные электростанции к новым скоростям ветра?

За последние 80 лет ветры, дующие над океанами, стали более интенсивными из-за изменения климата. Явление, вызывающее сомнения в устойчивости турбин

Изменение климата нарушает глобальные закономерности ветров. В то время как некоторые регионы, такие как внутренние районы северо-западной Европы, сегодня переживают периоды необычного «затишья», в других регионах скорость ветра усиливается. Штормы становятся все более частыми и сильными, особенно у побережья, что вызывает некоторые сомнения в надежности морских ветряных электростанций.

Конечно: морские ветряные турбины спроектированы так, чтобы выдерживать сложные условия окружающей среды, встречающиеся на море или в океане. Однако новое климатическое давление, с которым Планета теперь должна смириться, может добавить неожиданное количество механического напряжения.

Как меняется скорость ветра?

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что изменение климата будет все больше влиять на совокупную скорость ветра во всем мире, при этом ожидается, что среднегодовая скорость снизится на 10% к 2100 году (и широкие региональные переменные). Проблема, с которой, в частности, придется иметь дело наземным системам, в то время как на море проблема может быть совершенно противоположной.

Недавние исследования фактически показали, как экстремальные ветры на уровне океана усиливаются из-за глобального потепления. Особенно сильные тропические циклоны, максимальная скорость ветра которых превышает 50 м/с, демонстрируют значительную тенденцию ускорения. В условиях постепенного потепления климата в высокоширотных регионах ожидается как увеличение частоты таких явлений, так и увеличение максимальной суточной скорости ветра на градус потепления примерно на 3%.

Ветровые турбины и максимальная опорная скорость

Для характеристики максимальной скорости ветра, которую может выдержать ветряная турбина в течение срока эксплуатации, используется специфический параметр: эталонная скорость ветра (U_ссылка). Международная электротехническая комиссия (МЭК) использует Uref для классификации турбин на:

Класс I: У_ссылка 50 м/с
Класс II: У_ссылка 42,5 м/с
Класс III: У_ссылка 37,5 м/с

Проектировщики и разработчики должны обеспечить, чтобы выбранная турбина имела параметр Uref, превышающий ожидаемый экстремальный ветер для этого места, по крайней мере, один раз в 50 лет (U₅₀).

Команда ученых использовала ежечасные данные о скорости ветра ERA5 на высоте 100 метров над уровнем моря с 1940 по 2023 год и обнаружила значительное глобальное увеличение количества U.₅₀ океанический. Показатель увеличился на 0,016 м/с за год, причем тенденция к росту заметна в 62,85% приморских регионов.

Результаты исследования

Это означает, что более 40% существующих или планируемых морских ветряных электростанций в Азии и Европе должны работать со скоростью ветра, превышающей расчетный порог для турбин класса III.

«Более половины этих ветряных электростанций расположены в регионах с тенденцией увеличения U50, тенденцией, тесно связанной с изменениями в активности тропических и внетропических циклонов из-за глобального потепления»..

«Хотя в этом исследовании в первую очередь изучаются экстремальные скорости ветра, мы также оцениваем тенденции средней скорости ветра, чтобы выявить регионы с более высоким ветровым потенциалом и более высоким риском. […] Набор данных ERA5 показывает скромное, но повсеместное увеличение средней скорости ветра в большинстве океанских регионов с 1940 по 2023 год, за исключением экваториальных районов и северной части Индийского океана»..

Прочтите исследование «Усиление экстремальных ветров бросает вызов устойчивости морской ветровой энергетики» на сайте Природные коммуникации.