Вітряки на чверть знизять потужність інших вітряків у Північному морі

Німецькі кліматологи виявили, що якщо в Північному морі будувати вітряні електростанції згідно з поточними проектами, то через їхнє близьке розташування швидкість вітру може знизитися на 2,5 метра в секунду. Це, у свою чергу, зменшить генеровану потужність у березні та квітні на 26 відсотків, пишуть вчені в.

Один з найперспективніших різновидів вітряних електростанцій - ферми, розташовані в морі. По-перше, там значно більше вільного простору, ніж на суші, а по-друге, помітно сильніший вітер: вже за 10 кілометрів від берега швидкість вітру на 25 відсотків більша. Але оскільки вартість морських вітроелектростанцій приблизно в півтора-два рази вище наземних, то і проектувати їх треба значно ретельніше - враховуючи можливі аеродинамічні ефекти та еволюцію карти морських вітрів у найближчому майбутньому.

Основний майданчик для розміщення морських вітрогенераторів в Європі - територія Північного моря. Вже зараз уздовж узбережжя і судноплавних ліній запущені десятки станцій, на сусідніх ділянках встановлюються нові вітряки, в інших областях вивчають можливість запуску вітрогенераторів у майбутньому.

Якщо електростанція, яка навіть складається з сотень окремих вітряків, стоїть посеред моря на самоті, то вона має мінімальний вплив на розу вітрів, і зміна швидкості повітряного потоку не позначиться на її ефективності в майбутньому. Але якщо кілька ферм розташовані впритул один до одного, то енергетичними втратами, пов'язаними з утворенням вихорих повітряних потоків, нехтувати вже не можна. Енергія вітру, що дає на лопату турбіни, частково перетворюється на електроенергію, а частково - на турбулентну кінетичну енергію потоків повітря, що вже пройшов турбогенератор. Це не тільки знижує швидкість самого потоку, але і злегка підвищує температуру і вологість в області за вітрогенератором - довжина цього сліду може становити кілька десятків кілометрів. Німецькі кліматологи під керівництвом Навіда Ахтара (Naveed Akhtar) з Центру імені Гельмгольца Гереон вирішили перевірити, як нові вітряні електростанції будуть впливати на потужність сусідніх ферм, якщо їх побудують у відповідності з поточним планом, і з'ясували, цей аеродинамічний ефект позначається і на генерованій потужності, і на напрямку і силі силі вітру.

Дослідження проводилося за допомогою кліматичної моделі COSMO-CLM. Спочатку результати розрахунків автори роботи перевірили за даними спостережень за напрямком і швидкістю вітрів з 2008 по 2017 рік в центральній і південній частинах Північного моря, де планується побудувати найбільше число морських станцій досить близько один від одного. Після цього вчені змоделювали, як поводитимуться повітряні потоки над Північним морем після будівництва запланованих вітроелектростанцій у найближчому майбутньому. Порівнявши результати моделювання з електростанціями і без них, кліматологи розрахували, наскільки сильно сповільниться вітер після проходження вітроелектростанцій через аеродинамічний вихорий слід і як це позначиться на генерованій потужності.

З'ясувалося, що найсильніше буде падати швидкість у домінуючих в регіоні південно-західних вітрів - максимальне падіння швидкості очікується в березні і квітні, при цьому цей аеродинамічний вихрів слід може розтягнутися на 40 кілометрів за електростанцією. Максимальна середньорічна втрата потужності на турбулентну кінетичну енергію складе 18 відсотків - це загальмує південно-західний вітер в середньому на 2-2,5 метра в секунду залежно від геометрії електростанції. А таке падіння швидкості в свою чергу призведе до 22-відсоткового зниження коефіцієнта використання встановленої потужності вітроелектростанцій в середньому за рік і 26-відсоткового зниження - в середньому за сезон.

Вчені відзначають, що зменшення генерованої потужності вітрогенераторів більш, ніж на 20 відсотків, - дуже помітна величина, яка призведе до значних економічних втрат. Тому при плануванні і запуску нових морських вітроелектростанцій в Північному морі необхідна додаткова оптимізація із залученням міжнародних комісій.

При проектуванні нових вітряних електростанцій важливо не тільки правильно розміщувати їх один відносно одного, але і ретельно стежити за розташуванням окремих вітряків всередині ферми. Наприклад, у 2018 році фізики виявили, що найвигідніше розставляти вітрогенератори сильно нерівномірно - тоді середня потужність однієї турбіни всередині станції становитиме близько 60 відсотків від потужності одиночного вітряка, а це на 30 відсотків вище, ніж при рівномірній розстановці.