Offshore windturbines gebouwd volgens de huidige normen zijn mogelijk niet bestand tegen de krachtige windstoten van een orkaan van categorie 5, het creëren van een potentieel risico voor dergelijke turbines die zijn gebouwd in orkaangevoelige gebieden, nieuwe door Boulder geleide onderzoeksresultaten van de Universiteit van Colorado.

De studie, die werd uitgevoerd in samenwerking met het National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado en het National Renewable Energy Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie in Golden, Colorado, benadrukt de beperkingen van het huidige turbineontwerp en kan een leidraad zijn voor fabrikanten en ingenieurs die in de toekomst meer orkaanbestendige turbines willen bouwen.

De ontwikkeling van offshore windenergie in de VS is de afgelopen jaren in een stroomversnelling geraakt, met projecten die in behandeling zijn of al lopen in de meeste Atlantische kuststaten van Maine tot de Carolinas, evenals de westkust en de Grote Meren. Het eerste grootschalige offshore windpark van het land, bestaande uit vijf turbines, begon commerciële exploitatie in december 2016 voor de kust van Rhode Island.

De ontwerpnormen voor turbines worden beheerd door de International Electrotechnical Commission (IEC). Voor offshore-turbines, er zijn geen specifieke richtlijnen voor winden met orkaankracht. Offshore-turbines kunnen groter worden gebouwd dan turbines op land, echter, dankzij het vermogen van een fabrikant om grotere gegoten componenten zoals bladen via een vrachtschip te vervoeren in plaats van over land per spoor of vrachtwagen.

Voor de studie, Onderzoekers van CU Boulder gingen op zoek naar de grenzen van de bestaande ontwerpstandaard. Door een gebrek aan waarnemingsgegevens over de hoogte van een windturbine, ze gebruikten in plaats daarvan simulaties met grote wervelingen om met een computer een krachtige orkaan te creëren.

"We wilden het worstcasescenario voor offshore windturbines begrijpen, en voor orkanen, dat is een categorie 5, " zei Rochelle Worsnop, een afgestudeerde onderzoeker in de afdeling Atmosferische en Oceanische Wetenschappen (ATOC) van CU Boulder en hoofdauteur van de studie.

Deze unieke simulaties met hoge resolutie toonden aan dat onder Categorie 5 omstandigheden, gemiddelde windsnelheden nabij de oogwand van de storm bereikten 90 meter per seconde, ruim boven de door de huidige normen vastgestelde drempel van 50 meter per seconde.

"Windsnelheden van deze omvang zijn eerder waargenomen in orkanen, maar in slechts enkele gevallen en deze waarnemingen worden vaak in twijfel getrokken vanwege de gevaarlijke omstandigheden en beperkingen van instrumenten, " zei George Bryan van NCAR en een co-auteur van de studie. "Door simulaties met grote wervels te gebruiken, we kunnen laten zien hoe dergelijke winden zich kunnen ontwikkelen en waar ze voorkomen binnen orkanen."

Verder, huidige normen houden geen rekening met veer, een maat voor de verandering in windrichting over een verticale overspanning. In de simulatie, windrichting veranderd met maar liefst 55 graden tussen de punt van de rotor en de naaf, waardoor een potentieel gevaarlijke spanning op het blad ontstaat.

De bevindingen kunnen worden gebruikt om ontwikkelaars van windparken te helpen bij het verbeteren van ontwerpnormen en om belanghebbenden te helpen weloverwogen beslissingen te nemen over de kosten, voordelen en risico's van het plaatsen van turbines in orkaangevoelige gebieden.

"De studie zal helpen bij het maken van ontwerpkeuzes voordat de ontwikkeling van offshore windenergie in orkaangevoelige regio's op gang komt, " zei Worsnop, die financiering ontving van het National Science Foundation Graduate Research Fellowship-programma om dit onderzoek uit te voeren. "We hopen dat dit onderzoek fabrikanten en ontwikkelaars van windturbines zal helpen om met succes gebruik te maken van de ongelooflijk krachtige windbron net buiten onze kustlijnen."

"Succes kan betekenen dat ofwel turbines worden gebouwd die deze extreme omstandigheden kunnen overleven, of door inzicht te krijgen in het algehele risico, zodat risico's kunnen worden beperkt, misschien met financiële instrumenten zoals verzekeringen, " zei professor Julie Lundquist van ATOC en CU Boulder's Renewable and Sustainable Energy Institute (RASEI), een co-auteur van de studie. "De volgende fase van dit werk zou zijn om te beoordelen hoe vaak deze extreme winden een offshore windpark aan de Atlantische kust zouden beïnvloeden gedurende de levensduur van 20 tot 30 jaar van een typisch windpark."

De bevindingen zijn onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven , een publicatie van de American Geophysical Union.