能源海洋:将海上风能引入美国

布洛克岛风电场是美国第一个运营的海上风电场。它由5台风力涡轮机组成,于2016年12月启动,并于2017年5月接入大陆能源电网。
布洛克岛风电场是美国第一个运营的海上风电场。它由5台风力涡轮机组成,于2016年12月启动,并于2017年5月接入大陆能源电网。 (NREL / DOE)

在距离布洛克岛海岸3英里的地方,大约10平方英里的新英格兰海岸夏季游客的天堂,5座巨大的白色建筑耸立在水面上。它们从海底升起,高达560英尺(171米),几乎是自由女神像高度的两倍。这些庞然大物是美国第一个这样的庞然大物,它们既是清洁能源革命的先驱,也是其表现。我们仍然在回答很多关于它们的问题。

如果利用正确的风,海洋有能力为我们提供大量的清洁可再生能源,潮汐和海浪都有潜力。到目前为止,我们最成功地利用了吹过海洋的强风。离岸风比陆地风提供更多的能量,因为它们遇到的障碍更少,比如山脉和建筑物,这些障碍会降低它们的速度。

自上世纪90年代以来,欧洲海域就开始利用近海风力发电,但对美国来说,这通常还是新鲜事物。但这并不意味着没有潜力。仅美国的海岸线就结束了2千兆瓦(GW)的风能潜力这大约是目前国家电力需求的两倍。这意味着海上风能有能力取代化石燃料产生的电力。

A在美国是第一次

这就是发生在布洛克岛上的事。在布洛克岛风电场建成之前,岛上2000名永久居民依靠柴油发电厂供电。这些国家的能源成本变化很大,有时还远高于美国的平均水平。自从风电场启动后,布洛克岛的柴油发电厂就关闭了。据估计,这个相对较小的海上风力发电场每年可节省100万加仑柴油。这个30兆瓦的风力发电场是美国第一个运营的海上风力发电场,由5台风力涡轮机组成,于2016年12月启动,并于2017年5月连接到大陆电网。

这个特殊的海上风力发电厂预计将为布洛克岛居民带来稳定的电价,并为新英格兰南部带来更清洁的空气。然而,一些居民对新增加的海景并不感到兴奋,而且,与任何新产业一样,海上风能面临着挑战。由于附近居民的抵制、对人类和环境影响的担忧以及监管方面的不确定性,类似的项目未能向前推进。

2017年3月,街区岛屿的五个涡轮机在街区冬季风暴斯特拉,甚至通过大部分风暴产生了力量。 
2017年3月,布洛克岛的五台涡轮机成功抵御了冬季风暴斯特拉,甚至在风暴的大部分时间里都在发电。 (DOE)

还有重大天气事件的挑战,比如飓风,以及在深海中建造这些巨大的建筑。该行业似乎能够迎接挑战,通过技术进步解决问题,如加强涡轮机塔,使涡轮机能够承受飓风风和波浪的力量,设计涡轮机基础,使近海风在深水更可行。布洛克岛风电场使用了一种被称为“夹套基础”的加固建筑技术,并取得了成功有冬季风暴史黛拉2017年3月,甚至通过大部分风暴产生的力量。

生产不排放二氧化碳(CO2)的能源当然是一件好事。人类燃烧化石燃料对全球气候变化的贡献仍在增加。化石燃料将二氧化碳排放到大气中,使大气滞留热量,使大气变暖。全球气候变化通过海洋变暖影响海洋,海洋酸化海平面上升,我只是举几个例子。更清洁的能源,如海上风能,可以帮助减少排放到大气中的二氧化碳量,然后缓慢地减少气候变化的影响。

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他们是走还是留?

但是对海洋动物和生态系统的影响呢?欧宝体育稳不稳关注范围从大型建筑对候鸟的影响到在选址和建造过程中可能影响敏感海洋物种的水下噪音。幸运的是,我们不是从零开始。来自欧洲的研究,以及现在布洛克岛的研究发现,如果涡轮机的选址和建造经过深思熟虑,其影响是相当低的。鸟类、鲸鱼和其他海洋生物似乎在这些人造海洋建筑周围游泳或飞行。

在美国大西洋沿岸,各种鲸类每年都要在近海水域穿梭,在繁殖地和捕食地之间迁徙。因为我们知道这些迁徙大概发生在什么时候,建筑工程可以在一定时间内避免它们,就像罗德岛的情况一样,在高度濒危的北大西洋露脊鲸迁徙期间,建筑工程停止了。“我们决定在露脊鲸迁徙期间停止打桩,”罗德岛大学名誉海洋研究科学家鲍勃·肯尼(Bob Kenney)解释说。他强调,了解这种动物的生物学是关键,“我不会把它放在露脊鲸的产犊地或斯特尔瓦根河岸,只是为了预防。”此外,水声和电场从涡轮机发出(重要的动物,如依靠电子接收来导航的鲨鱼)可采用阻尼技术进行减震。现场观察员可以留意附近的鲸鱼施工期间,在安全距离外停止施工。

代表苏格兰政府进行的研究发现研究中99%的鸟类都避开了海上风力涡轮机.建模和雷达技术可以帮助显示鸟类的飞行位置,甚至可以为一个像风力涡轮机这样的庞然大物找到最佳高度,这样它就不会阻碍它们典型的飞行路径。以布洛克岛风电场为例,研究人员收集有关鸟类分布和人口大小的信息发现离岸。海上风力发电场的影响主要是由于觅食区域的减少,所以了解特定物种喜欢在哪里觅食和休息是做出明智选址决定的重要部分。

对于一些海鱼和无脊椎动物来说,这种结构甚至可能是一件好事。施工阶段肯定会破坏生态系统,但一旦到位,这些类型的大型结构已经被证明欧宝体育稳不稳变成了鱼类的栖息地.这些新栖息地的重要性仍然存在疑问,但研究表明,它们实际上会变成鱼类繁殖地的海洋保护区。

布洛克岛风力发电场使用了一种被称为“夹套基础”的加固建筑技术,并位于大约75英尺(23米)深的水中。
布洛克岛风力发电场使用了一种被称为“夹套基础”的加固建筑技术,并位于大约75英尺(23米)深的水中。 (NREL / DOE)
齐心协力

有关海上风力涡轮机对环境影响的信息已纳入罗德岛特别地区管理计划,或者桑普。SAMP的设计考虑了所有不同的环境影响和人类的使用,以及诸如平均风量、海底栖息地和水深等信息,当决定海洋空间和资源时。通过将所有这些信息结合在一起,一个信息灵通的解决方案就会出现——一个既能满足生态系统的需求,又能满足人类需求的解决方案。欧宝体育稳不稳

但也并非一切都是美好的——许多沿海居民仍然认为这些昂贵的建筑碍眼,退役可能是一个问题(该项目计划使用寿命为25年)。此外,类似于SAMP中使用的模型的好坏取决于放入其中的信息,而且优先级的方法天生就是人类的。

布洛克岛将是一个重要的试验场,也是获得美国海上风能发展和影响的具体信息的机会。随着越来越多的海上风电项目上线,预计建设和风能成本都会下降,监管方面的不确定性也会随之降低。如果2015年能源风力景点到2050年,美国每年生产860亿瓦特海上风力发电的目标已经实现,海上风力发电将导致“累计减少16亿吨二氧化碳当量。”还有数百个海上风力涡轮机目前正在进行中,包括一个浮动的原型

肯尼说:“我认为它们值这个价。

这篇报道得到了史密森妇女委员会的资助。http://swc.si.edu/about-grants.

2017年8月