อนาคตที่ปั่นป่วนของลมนอกชายฝั่ง

เมื่อสร้างเสร็จแล้ว Hywind Tampen ของนอร์เวย์จะเป็นฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งที่ใหญ่ที่สุดในโลก เมื่อเทียบกับฟาร์มกังหันลมส่วนใหญ่—แม้แต่ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งอื่นๆ— Hywind Tampen นั้นไม่ธรรมดา: การดำเนินงานขนาด 88 เมกะวัตต์นั้นตั้งอยู่นอกทะเลมากกว่าฟาร์มกังหันลมอื่นๆ ในปัจจุบัน ลอยตัวนอกชายฝั่ง 140 กิโลเมตร กังหันจะนั่งในน้ำลึกระหว่าง 260 ถึง 300 เมตร

ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในน้ำตื้นใกล้ชายฝั่ง แต่ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในกังหันน้ำที่มีรากฐานคงที่และกังหันลอยน้ำกำลังให้เครื่องมือแก่นักพัฒนาในการสร้างน้ำที่ลึกยิ่งกว่าบนไหล่ทวีป ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมหาสมุทรระหว่างชายฝั่งและรอยแยกของหิ้ง ซึ่งเป็นจุดส่งกลับที่สูงชันหลังจากนั้นจะอยู่ที่ ลึกมหาสมุทรเปิด การพัฒนาเหล่านี้มีศักยภาพมหาศาล: มากถึง 80 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานลมนอกชายฝั่งในอนาคตน่าจะมาจากการติดตั้งที่ห่างไกลจากชายฝั่ง

อย่างไรก็ตาม การลงไปในน้ำลึกทำให้เกิดความกังวลในหมู่นักวิทยาศาสตร์บางคนเกี่ยวกับผลที่ไม่ได้ตั้งใจของการวางฟาร์มกังหันลมในน่านน้ำทวีป Ben Lincoln นักสมุทรศาสตร์กายภาพแห่งมหาวิทยาลัย Bangor ในเวลส์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้อธิบายในเอกสารฉบับใหม่ว่าพลังงานลมนอกชายฝั่งในน่านน้ำเหล่านี้อาจขัดขวางกระบวนการทางธรรมชาติที่สำคัญได้อย่างไร ลินคอล์นกล่าวว่าความกังวลหลักคือความปั่นป่วน

เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำชายฝั่งทะเลใกล้ชายฝั่งซึ่งมีพลังงานสูงและผสมกันอย่างดี ความลึกของไหล่ทวีปที่ลึกกว่าไหล่ทวีปนั้นค่อนข้างสงบ ในบางพื้นที่ น้ำเหนือไหล่ทวีปจะแบ่งชั้นตามฤดูกาล ซึ่งหมายความว่าน้ำจะตกตะกอนเป็นชั้นต่างๆ ตามอุณหภูมิและความเค็มของน้ำ ในฤดูใบไม้ผลิ บ่อยครั้งในเดือนพฤษภาคมและเมษายน แสงแดดที่เพิ่มขึ้นทำให้น้ำอุ่นขึ้นและน้ำเค็มน้อยลง และน้ำที่เย็นกว่าและเค็มกว่าจะจมลง ระหว่างนั้นชั้นบัฟเฟอร์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่าเทอร์โมไคลน์ตามฤดูกาลพัฒนาขึ้น

การแบ่งชั้นของน้ำเป็นกระบวนการทางกายภาพที่สำคัญ ถ้าไม่มีมัน วัฏจักรชีวิตที่เรารู้ว่ามันจะไม่เกิดขึ้น การแบ่งชั้นของไหล่ทวีปทำให้แพลงก์ตอนและสารอาหารจากก้นทะเลถูกส่งไปยังชั้นน้ำที่สูงขึ้น ทำให้เกิดการผลิบานของแพลงก์ตอนพืชในฤดูใบไม้ผลิ ซึ่งเป็นงานฉลองประจำปีที่สัตว์ทะเลมากมายอาศัยอาศัย แม้จะมีพื้นที่น้อยกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ทั้งหมดของมหาสมุทร แต่ทะเลไหล่ทวีปเหล่านี้มีสัดส่วนระหว่าง10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตขั้นต้นของมหาสมุทร ตั้งแต่ปี 2552 กว่า90 เปอร์เซ็นต์ของปลาที่จับได้ทั่วโลกมาจากภูมิภาคเหล่านี้และบริเวณน่านน้ำชายฝั่งที่ตื้นกว่า

การแบ่งชั้นตามฤดูกาลยังช่วยให้ทราบว่าแพลงก์ตอนพืชสามารถเคี้ยวสารอาหารในน้ำได้เร็วเพียงใด ในขณะที่คอลัมน์น้ำแบ่งชั้น น้ำจะดึงแพลงก์ตอนและสารอาหารจากพื้นทะเลไปยังชั้นบนและเทอร์โมไคลน์ตามฤดูกาล เมื่อสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง แพลงก์ตอนในชั้นบนสุดที่อบอุ่นจะบานสะพรั่งและเผาผลาญสารอาหารของชั้น ในขณะเดียวกัน แพลงก์ตอนในเทอร์โมไคลน์จะได้รับแสงจากดวงอาทิตย์น้อยลง ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่ใช้สารอาหารของชั้นหมดเร็วและจะเป็นแหล่งของแพลงก์ตอนพืชที่เสถียรตลอดช่วงฤดูร้อน

อย่างไรก็ตาม ตามการวิจัยของลินคอล์น การวางโครงสร้างในน้ำที่แบ่งชั้นตามฤดูกาลนี้ทำให้สิ่งต่างๆ ซับซ้อนขึ้น

การวิจัยของลินคอล์นและเพื่อนร่วมงานของเขาแสดงให้เห็นว่าน้ำไหลผ่านองค์ประกอบที่จมอยู่ใต้น้ำของกังหันลมอย่างไร เช่น สายเคเบิลที่ติดอยู่กับพื้นทะเล สร้างความปั่นป่วนที่ดันน้ำขึ้นและลงและผสมชั้นต่างๆ เข้าด้วยกัน

ตามคำกล่าวของลินคอล์น หากความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นทำให้สารอาหารมากเกินไปจากด้านล่างไปยังชั้นที่สูงกว่า แพลงก์ตอนพืชอาจใช้สารอาหารได้เร็วเกินไป การผสมมากขึ้นอาจทำให้กระบวนการแบ่งชั้นแย่ลง ทำให้สาหร่ายตามฤดูกาลบานในช่วงปลายปี บุปผาเหล่านี้เป็นอาหารที่จำเป็นสำหรับแพลงก์ตอนสัตว์ซึ่งจะช่วยสนับสนุนสปีชีส์ที่ใหญ่กว่า นก ปลา และสัตว์ทะเลอื่นๆ ได้วิวัฒนาการมาเพื่อให้วงจรชีวิตของพวกมันสอดคล้องกับการบานของแพลงก์ตอนพืชตามฤดูกาล ซึ่งหมายความว่าความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้เกิดผลกระทบที่ไหลผ่านใยอาหาร

ลิงคอล์นกล่าวว่าข้อกังวลนี้เป็นเรื่องเฉพาะสำหรับกังหันบนไหล่ทวีป “โดยพื้นฐานแล้ว ไม่มีใครวิตกกังวลเกินไปเกี่ยวกับผลกระทบของฟาร์มกังหันลมน้ำตื้นที่ประกอบขึ้นเป็นฟาร์มกังหันลม 99 เปอร์เซ็นต์ในโลก เพราะพวกเขาอยู่ในสถานที่ที่มีพลังอยู่แล้ว ความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นมีผลกระทบจำกัดจริงๆ”

แม้ว่ากระดาษของลินคอล์นจะแสดงให้เห็นว่าการมีกังหันลมช่วยเพิ่มความปั่นป่วน นักวิจัยไม่สามารถบอกได้อย่างแม่นยำว่ามากน้อยเพียงใด ความปั่นป่วนนี้อาจทำให้เกิดปัญหาทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตัวเลข หรืออาจเป็นประโยชน์

หากการผสมที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้เกิดสารที่อุดมด้วยสารอาหารเพียงพอ จากพื้นทะเล ก็อาจทำให้น้ำมีประสิทธิผลมากขึ้นอย่างยั่งยืน การทำเช่นนี้โดยเจตนายังถูกเสนอในปี 1986 ใน การทดลองที่เรียกว่าการชักนำให้เกิดการผสม การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศทำให้เกิดการแบ่งชั้น และด้วยเหตุนี้ แพลงก์ตอนพืชในฤดูใบไม้ผลิจึงผลิบานในช่วงต้นปีความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากโครงสร้างที่ยืนอยู่ในภูมิภาคเหล่านี้สามารถรับมือกับผลกระทบนี้ได้ ลินคอล์นกล่าว

งานวิจัยก่อนหน้านี้โดยเจฟฟ์ คาร์เพนเตอร์ นักฟิสิกส์ของไหลที่ศูนย์วิจัยสิ่งแวดล้อมเฮล์มโฮลทซ์ในเยอรมนี ให้ภาพรวมในระดับของผลกระทบ ช่างไม้และเพื่อนร่วมงานเดินทางไปยังฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่ง DanTysk ซึ่งตั้งอยู่บนไหล่ทวีปนอกประเทศเยอรมนี ทีมงานได้กำหนดระดับความปั่นป่วนในมหาสมุทรและความปั่นป่วนที่เกิดจากกังหัน โดยคำนวณว่าการปรากฏตัวของกังหันเพิ่มการผสมของน้ำ—การแบ่งชั้นที่อยู่ใกล้กังหันจะถูกทำลายได้เร็วเพียงใด—เจ็ดถึง 10 เปอร์เซ็นต์

การเพิ่มขึ้นนี้อาจเพียงพอที่จะทำให้เกิดปรากฏการณ์บางอย่างที่อธิบายไว้ในบทความของลินคอล์น Carpenter กล่าว อย่างไรก็ตาม ตัวเลขเหล่านี้ใช้สำหรับกังหันแบบฐานตายตัว “คุณจะได้รับผลที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับโครงสร้างรากฐาน” คาร์เพนเตอร์กล่าว

ขณะนี้ มีกังหันลมนอกชายฝั่งอยู่น้อยมากบนไหล่ทวีป อย่างไรก็ตาม จำนวนดังกล่าวคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ตามที่ลินคอล์นและเพื่อนร่วมงานเขียน ความจุลมนอกชายฝั่งจะเพิ่มขึ้น 600% ในทศวรรษหน้า

Jackie Harrop ผู้จัดการฝ่ายการตลาดของ HR Wallingford ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยที่ไม่แสวงหากำไรในสหราชอาณาจักร กล่าวว่ามหาสมุทรเพิ่งเคยเห็นการดำเนินงานด้านลมลอยน้ำขนาดเล็กจนถึงตอนนี้ ทว่าหลายประเทศกำลังมองหาที่จะเข้าหรือขยายสาขานี้ ตัวอย่างเช่น สกอตแลนด์กำลังวางแผนที่จะเพิ่มฟาร์มกังหันลมลอยน้ำ 11 แห่งที่มีกำลังการผลิตสะสม 15 กิกะวัตต์ เพื่อผสมพลังงาน แม้ว่า Harrop จะตั้งข้อสังเกตว่าองค์กรไม่แน่ใจว่ากังหันลอยน้ำทั้งหมดอยู่เหนือไหล่ทวีปหรือไม่ กลุ่มคาดการณ์ว่ามีกำลังการผลิต 50 กิกะวัตต์ที่วางแผนไว้ที่อื่นทั่วโลก และมีการทดสอบฐานรากแบบลอยตัวมากกว่า 40 แบบ

“พลังงานลมที่ลอยอยู่ในน้ำกำลังจะกลายเป็นส่วนสำคัญของการผสมผสานพลังงานหมุนเวียน เนื่องจากพลังงานเพิ่มเติมที่เกิดจากการติดตั้งกังหันในทะเลลึกจะเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุเป้าหมายการลดคาร์บอน” Harrop กล่าวทางอีเมล

ในรายงานของพวกเขา ลินคอล์นและเพื่อนร่วมงานของเขาระมัดระวังที่จะสังเกตว่าการผลิตลมนอกชายฝั่งเพื่อต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะต้องเติบโต พวกเขากล่าวว่าไม่ใช่เรื่องของการหยุดการขยายพื้นที่ แต่ควรมองหาประโยชน์และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นเพิ่มเติมเพื่อให้เราสามารถขยายส่วนแรกให้มากที่สุดในขณะที่ลดส่วนหลังให้น้อยที่สุด ต้องมีการทำงานมากขึ้นเพื่อทำความเข้าใจว่ากังหันลมนอกชายฝั่งจะส่งผลต่อระบบนิเวศทางทะเลอย่างไรก่อนที่การพัฒนาเหล่านี้จะเร่งความเร็วขึ้นลินคอล์นกล่าว “การทำวิจัยตอนนี้เป็นสิ่งสำคัญ เพื่อการตัดสินใจที่ถูกต้อง”

หน้าแรก