协调发展可以帮助风电场成为更好的邻居

2019-07-14 16:02:42
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随着近年来陆上和海上风能农场在全球范围内激增,科罗拉多大学博尔德分校领导的新研究强调了以前未得到充分发现的后果:逆风风电场的尾流效应可以减少其顺风邻居的能源产生。该研究与丹佛大学(DU)和国家可再生能源实验室(NREL)合作进行,将法律和经济分析与大气模拟相结合,以证明尾流效应 - 当涡轮机组降低风速时在他们身后几英里处 - 可以衡量和预测,但在现行的美国房产法中基本上没有计算。这项研究今天发表在“自然能源”杂志上。

该调查的主要作者,CU博尔德大气和海洋科学系(ATOC)副教授朱莉伦德奎斯特说:“调查结果强调了协调发展和全局意识的必要性,以便在全国范围内最大限度地发展风能。” 。

风能开发商寻找具有可靠风力资源的站点以及方便地接入电力传输线,导致在选择区域中密集的涡轮机部署,竞争者之间几乎没有协调。近90%的美国风电场位于距离另一个风电场25英里的范围内 - 通常距离更近。

然而,研究表明,如果他们突然发现自己处于新邻居的顺风以及减少风能和能量的尾声,那么现有的风力发电场就会失去宝贵的能源生产。

研究人员使用关于月度能量产生和主导风向的公开数据,模拟了一对西德克萨斯州风电场的尾流效应,使用第三个作为对照。他们发现,由于逆风农场的建立导致的风速降低使现在的顺风农场的发电量从2011年至2015年减少了5%,估计收入损失约为370万美元。

“就像上游用户可以有意或无意地向下游增加额外成本一样,这里也会产生同样的效果,”该研究的合着者兼CU博尔德经济系教授Daniel Kaffine说。“我们之前对这种互动有一般的认识,并希望利用社会科学和大气数据的结合进一步探索它。”

可再生和可持续能源研究所(RASEI)的研究员Kaffine和Lundquist指出,德克萨斯州因其目前和未来在风能开发方面的利益以及与该州石油使用权有关的历史相似性而做了一个很好的案例研究。和天然气资源。

一个多世纪以前,石油和天然气法律承认了“捕获规则”,它允许土地所有者通过从邻近的井中吸取邻居的石油资源来捕获它们。这导致了井场恢复和废弃物的不良,因此各州通过井距,汇集和其他协调措施进行干预以调节生产。同样,各州制定了保护先前使用者权利的水法制度。但目前的美国财产法中没有关于风能的规定。

该研究的共同作者,杜氏斯特姆法学院的教授KK DuVivier说:“制定这些法律制度需要几十年的石油和天然气和水法。”“看来风能还没有达到类似的成熟阶段。我希望这项研究能够帮助提高对清醒问题程度的认识,并教育那些寻求法律救济的人。”

据观察,涡轮机尾流可延伸至25英里,可能跨越多个州和县的管辖区,并使事情进一步复杂化。

“在不久的将来,一些商业激励措施可能会发生变化,”Kaffine说。“能源公司可能会更加重视向上风险,以确保他们有足够的缓冲。”

但是,虽然法律指导可能落后,但伦德奎斯特强调,该团队先进的大气科学模拟显示,尾迹效应是一种高度可预测的大气现象,可以根据新数据进行建模和规划。

“令人鼓舞的是,经济分析中的尾流效应被大气模拟所捕获,”ATOC的研究生杰西卡·托马泽夫斯基说,他是该研究的共同作者。

“最强烈的尾流发生在夜晚,当时大气稳定,风速和风向符合特定标准,”伦德奎斯特说。“在模拟的尾流中,只有28小时,或者不到4%的时间,已经超过了顺风农场容量的20%,这表明可以预测和管理这种情节问题。”

“业主和电网经理可以利用这些信息来解决问题.NREL在操纵尾流方面的新研究可能会有所帮助,”Tomaszewski说。“但最终,为了最大限度地发挥风能的公共利益,必须进行更好的协调。”

Lundquist补充说,考虑到尾流效应对于目前在美国东海岸开发的大量海上风电场尤其重要。

“海上风电场非常重要,但建造成本高,而且错误也同样昂贵,”她说。

“该项目探讨了经济,法律和社会问题与风能生产中的地球物理过程之间的联系,”美国国家科学基金会自然与人类系统耦合动力学项目主任Tom Baerwald说。“这些发现推动了我们对这些相互作用的理解,并为未来成功开发更新能源提供了指导。”

研究人员希望通过整合飞机测量以及从全国其他地方更频繁地捕获数据来扩大他们的风电场尾迹效应测量工作。

美国国家科学基金会(NSF)通过研究生研究奖学金提供额外资金。NREL和美国能源部的风能技术办公室提供了额外的资金。

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