Развитие оффшорной ветроэнергетики: Как ветропарки меняют воздушные и морские течения Северного моря

Тысячи новых ветряных турбин планируется построить в Северном море. Новое исследование показывает, что слишком плотное размещение таких объектов может привести к серьезным последствиям для физики воздушных и водных потоков.

Будущая энергетика Европы во многом будет зависеть от морских ресурсов, в особенности от оффшорных установок в Северном море. Только у побережья Германии к 2050 году планируется возвести тысячи новых ветряных турбин, что увеличит существующие мощности почти в десять раз. Однако возникает вопрос: как правильно планировать эти «зеленые электростанции в море», призванные обеспечить климатически нейтральную Европу?

Новое исследование демонстрирует, что масштабное развитие оффшорной ветроэнергетики в Северном море может оказать значительно более сильное влияние на воздушные и морские течения, чем предполагалось ранее. Группа исследователей смоделировала экологические последствия запланированного развития до 2050 года. В своей работе ученые приходят к выводу: если ветропарки будут спланированы слишком близко друг к другу, они способны нарушить физику воздушных и водных потоков в море на обширных территориях.

Морские роторы влияют на ветер и волны

В центре исследования находится взаимодействие так называемых «эффектов спутного следа» (Wake-Effekte): оффшорные турбины извлекают энергию из ветра. За ветропарком образуется зона с пониженной скоростью ветра и повышенной турбулентностью – «зона спутного следа». В этой зоне скорость ветра может значительно снижаться.

Эти ветровые тени влияют не только на атмосферу. Ветер также формирует верхние слои воды. Одновременно фундаменты турбин напрямую воздействуют на морские течения: они действуют как столбы в воде, увеличивая сопротивление приливно-отливным течениям. Атмосферные и гидродинамические эффекты взаимосвязаны, создавая новые закономерности турбулентности и перемешивания.

Течения замедляются, море становится теплее

Для своего исследования ученые использовали высокоразрешающие симуляции Северного моря за десятилетний период. Они объединили модели атмосферы с гидродинамическими моделями океана и рассчитали сценарий с значительно развитой оффшорной ветроэнергетикой.

Результат показал: в регионах с большим количеством ветропарков морские течения могут замедляться до 20 процентов. Одновременно изменяется распределение приливной энергии.

Помимо течений, изменяется и температурная структура воды. При слабом ветре поверхностные воды почти не перемешиваются. В моделях это привело к повышению температуры поверхности моря до 0,2 градуса Цельсия в регионах с интенсивно развитыми ветропарками. В мелководном шельфовом море, таком как Северное море, даже такое незначительное изменение может иметь экологические последствия, например, для транспорта питательных веществ. Однако локально приливные вихри, образующиеся вокруг фундаментов в воде, могут, наоборот, усиливать вертикальное перемешивание.

Соблюдайте дистанцию!

Исследователи отмечают, что многие эффекты пока остаются неопределенными. Например, до сих пор неясно, изменится ли транспорт осадочных пород к побережью – это важный вопрос для берегозащиты. Возможно, в некоторых областях изменение течений также приведет к увеличению роста планктона и, как следствие, рыбных запасов.

Ясно одно: чем плотнее строятся ветропарки, тем сильнее проявляются эти эффекты. Увеличение расстояний между ветряными турбинами могло бы уменьшить негативное воздействие. Более высокие установки также помогут, поскольку эффект торможения ветра в этом случае смещается в более высокие слои атмосферы, отмечают исследователи, и призывают к осторожности из-за неопределенности последствий.

В германской части Северного моря «эффекты ветровой тени» уже сейчас ставят перед планированием оффшорных проектов серьезные задачи: если ветропарки расположены слишком плотно, они становятся менее эффективными. Следовательно, как с экономической, так и с экологической точки зрения, заключает исследование, решающее значение будет иметь планирование ветропарков в будущем с учетом их воздействия на всю морскую экосистему.