在规划风力发电场时,往往都会考量如何让风机捕捉最多的风能,最大化发电效益,完工落成后也须回过头看,是否有哪里需要改善,最近德国科学家就加以研究北海的风机尾流情形,发现同一区域风场也不能太密集。
近年来落在德意志湾和波罗的海的离岸风电场如雨后春笋般愈来愈多,从 2008 年开始,至今约有共 8GW 、容量相当于 8 座核电厂的离岸风机在德国海域运转着,相当于约八座核电场,因此德国研究机构亥姆霍兹研究中心(Helmholtz Zentrum Hereon)想要了解,当可用空间愈来愈少,风场之间难拉开距离,是否也会影响风电场的输出?
他们的担忧也是事出有因,目前主流的风力发电机都是采用扇叶式风机,当风吹过前排风机后,风机会拦截部分风并转化为机械能,随后风强度跟风速都会减弱,使后排风机发电效率下降,这就好像我们想避开狂风时,会钻进人群中一样。
因此风场位置、风机设置点也有许多眉角,以免冲击发电效益,而亥姆霍兹研究中心的研究结果也再再强调,风场之间的距离必须要愈来愈远。团队首先透过气象用 COSMO-CLM 电脑模型分析 2008 ~2017 年北海天气,并以 2015 年的规划风场为基础加以整合分析,他们发现下游风电场的风速显著下降,尾流效益导致的低风速范围扩及 35~40 公里,在一些天气条件下,影响范围甚至会到 100 公里。
这代表风场与风场之间也得维持一定距离,以免邻近风电场发电量输出减少 20~25%。团队指出,通常在 3~4 月的时候风机尾流效益较为明显,只有在 11~12 月、也就是暴风雨时期,气流非常混乱时,风场尾流效应影响较小。
为了验证模型资料, 团队也将资料与 2008 ~2017 年期间北海的风测量对比,Akhtar 表示,传统用于分析风电场的流模型虽然空间分辨率高,但是只能观察短时间内的风场,不能确定风场如何改变大范围的空气流动。
这项研究对风力发电部署相当重要,若需要维持高发电收益,风场之间也得维持良好的“社交距离”。
- Are wind farms slowing each other down?
(首图来源:Flickr/CGP Grey CC BY 2.0)