随着夏季的临近，美国东海岸城市正面临着电力需求的激增，特别是在家庭和企业增加空调使用的情况下。为了应对这一挑战，许多城市正在依赖于在大西洋建设的海上风电项目。然而，准确预测这些海上风力涡轮机的能源产量并非易事，科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的科学家团队及其合作者正在努力解决这一难题。
在3月14日发表于《风能科学》杂志的一篇论文中，由博士研究生Dave Rosencrans和大气与海洋科学系教授Julie K. Lundquist领导的团队，对美国计划在大西洋地区建造的大型风电场进行了研究。他们发现，海上风力涡轮机可能会因为所谓的“尾流效应”而减少邻近涡轮机的风能，这可能会使风电场的发电量降低超过30%。
即便如此，研究团队估计，考虑到尾流效应，这些拟议中的风电场仍能满足新英格兰电网大约60%的电力需求，该电网覆盖了康涅狄格州、缅因州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、罗得岛州和佛蒙特州。
尾流效应是指当风吹过涡轮机时，上游的涡轮机会从风中提取能量，导致风在涡轮机后面减慢并变得更加湍流。这就意味着下游的涡轮机得到的风速较慢，有时会导致发电量的降低。特别是在海上，由于缺乏建筑物或树木来搅动空气，帮助消散尾流，尾流效应尤为显著。
研究团队使用计算机模拟和大气观测数据，计算出尾流效应在东海岸的一个拟议风电场中减少了34%到38%的总发电量。此外，他们还发现，在某些天气条件下，尾流可以影响到55公里外的涡轮机，影响其他风电场。
为了更好地管理这些尾流效应，团队强调了预测其影响并提前准备的重要性。Lundquist教授指出，随着美国继续扩大可再生能源项目，并将更多的清洁电力整合到电力系统中，电网运营商需要清楚地了解他们可以从每个可再生能源来源中获得多少能量。
为了改善对风电场区域风况的理解，Lundquist的团队参与了能源部的风电预测改进项目3，并于去年12月在新英格兰海岸附近的岛屿上安装了一系列仪器。这些仪器，包括天气监测器和雷达传感器，将在未来一年或更长时间内收集数据，以期改进海上风电预测模型，并更好地将海上风能整合到电网中。
随着美国电力需求的不断增长，特别是在电动汽车、数据中心和制造设施日益普及的背景下，多样化的清洁能源组合对于满足需求和实现电网脱碳至关重要。Lundquist教授强调，通过更好地预测风能，我们可以增加对可再生能源的依赖，这对于实现国家的清洁能源目标至关重要。
这项研究得到了实验室定向研究与发展计划和PNNL的NETS倡议的支持，并由David Rosencrans等人进行，研究成果发表在《风能科学》2024年的期刊上。
